DE102005055157A1

DE102005055157A1 - Verfahren zum Herstellen einer Stromzuführung für eine Lampe und Stromzuführung für eine Lampe sowie Lampe mit einer Stromzuführung

Info

Publication number: DE102005055157A1
Application number: DE102005055157A
Authority: DE
Inventors: Bodo Mittler; Manfred Weiss
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2004-11-24
Filing date: 2005-11-18
Publication date: 2006-06-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer zumindest partiell mit einer, mindestens ein Platinmetall enthaltenden Beschichtung (1221, 1231, 1211, 1212) versehenen Stromzuführung (12) für eine Lampe, wobei zum Herstellen der Stromzuführung (12) mindestens zwei Stromzuführungsteile (121, 122, 123) durch eine Schweißung oder Lötung miteinander verbunden werden, und wobei erfindungsgemäß vor der Durchführung der Schweißung bzw. Lötung eine Metallpulversuspension, die das mindestens eine Platinmetall enthält, auf mindestens eines der Stromzuführungsteile (121, 122, 123) aufgetragen wird, so dass die Metallpulversuspension im Überlappungsbereich der mindestens zwei Stromzuführungsteile (121, 122, 123) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Stromzuführung für eine Lampe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine entsprechende Stromzuführung sowie eine Lampe mit einer derartigen Stromzuführung.

In der EP 1 111 655 A1 ist eine Stromzuführung für eine Lampe offenbart, die eine Einschmelzfolie und einen damit verbundenen Metallstift umfasst. Die Einschmelzfolie ist als Molybdänfolie ausgebildet, die zumindest teilweise mit einer Ruthenium enthaltenden Beschichtung versehen ist.

Die EP 1 465 236 A2 beschreibt eine Entladungslampe mit einem Entladungsgefäß, das mindestens ein abgedichtetes, mit einer Stromdurchführung versehenes Ende aufweist, wobei der sich in das abgedichtete Ende erstreckende Abschnitt der stiftförmigen Elektrode mit einer Beschichtung versehen ist, die ein Metall aus der Platingruppe, vorzugsweise Ruthenium, enthält. Der vorgenannte Abschnitt der Elektrode ist mit einer Molybdänfolie verbunden.

II. Darstellung der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von gattungsgemäßen Stromzuführungen für Lampen sowie entsprechende Stromzuführungen und Lampen mit derartigen Stromzuführungen bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer zumindest partiell mit einer, mindestens ein Platinmetall enthaltenden Beschichtung versehenen Stromzuführung für eine Lampe umfasst das Schweißen oder Löten von mindestens zwei Stromzuführungsteilen, wobei erfindungsgemäß vor dem Durchführen der Schweißung bzw. Lötung eine mindestens das eine Platinmetall enthaltende Metallpulversuspension auf mindestens eines der Stromzuführungsteile aufgetragen wird, so dass die Metallpulversuspension im Überlappungsbereich der miteinander zu verbindenden mindestens zwei Stromzuführungsteile angeordnet ist.

Dadurch ist gewährleistet, dass das Metall aus der Metallpulversuspension an der Fügestelle der Stromzuführungsteile für den Schweiß- bzw. Lötprozess als Lot zur Verfügung steht. Das erfindungsgemäße Verfahren ist kostengünstiger und weniger aufwändig als eine Beschichtung mit Hilfe einer Sputter-Anlage oder einer PVD-Beschichtungsvorrichtung (PVD steht für Plasma-Vapor-Deposition), da es nur eine partielle Beschichtung der Stromzuführungsteile erfordert und keine der vorgenannten aufwändigen Fertigungsanlagen benötigt.

Vorzugsweise wird das Stromzuführungsteil bzw. werden die Stromzuführungsteile mit der aufgetragenen Metallpulversuspension vor dem Schweiß- bzw. Lötprozess so weit erwärmt, dass das Lösungsmittel verdampft. Das zurückbleibende, getrocknete bzw. gesinterte Metallpulver haftet dadurch gut an dem Stromzuführungsteil bzw. den Stromzuführungsteilen. Während des anschließenden Schweiß- bzw. Lötprozesses schmilzt das Metallpulver im Bereich der Schweiß- bzw. Lötstelle und dient als Lot zwischen den zu verbindenden Stromzuführungsteilen und erhöht die Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit der Schweiß- bzw. Lötstelle. Das außerhalb der Schweiß- bzw. Lötstelle an dem Stromzuführungsteil bzw. den Stromzuführungsteilen haftende Metallpulver erhöht die Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit des Stromzuführungsteils bzw. der Stromzuführungsteile und verhindert, dass das Quarzglas des Lampengefäßes an dem darin eingebetteten Stromzuführungsteil bzw. Stromzuführungsteilen haftet und durch die extrem unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Quarzglas und Stromzuführungsteilen Risse in dem Quarzglas des Lampengefäßes entstehen. Ebenfalls ist das Schweißen bzw. Löten der Stromzuführungsteile ohne vorheriges Verdampfen des Lösungsmittels möglich. Durch kurzzeitiges Erwärmen der Stromzuführungsteile erfolgt ein plötzliches Verdampfen des Lösungsmittels. Dadurch wird ein Zutritt des Luftsauerstoffs zur Fügestelle und eine gute Benetzung der Fügeteile durch das flüssige Lot gewährleistet. Dieser Prozess kann ohne Schutzgas durchgeführt werden, während bei Anwendung einer Verdampfung des Lösungsmittels vor dem Schweiß- oder Lötprozess der Einsatz von Schutzgas, beispielsweise Inertgas, notwendig ist.

Als Platinmetall für die Metallpulversuspension wird vorzugsweise Ruthenium verwendet, da es eine Legierung mit Molybdän bildet, das vorzugsweise für Stromzuführungsteile von Lampen eingesetzt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich daher besonders gut zum Herstellen von Stromzuführungen, die eine Molybdänfolie, wie sie üblicherweise zum Abdichten von aus Quarzglas bestehenden Lampengefäßen verwendet wird, und einen Metallstift, insbesondere einen Molybdänstift oder einen Wolframstift, aufweisen. Nach dem Schweiß- bzw. Lötprozess ist das mit der Molybdänfolie überlappende Ende des vorgenannten Metallstifts mit einer Schicht aus Ruthenium bzw. einer Ruthenium-Legierung, insbesondere einer Ruthenium-Molybdän-Legierung überzogen. Diese Schicht erhöht die Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit der Schweiß- bzw. Lötverbindung und reduziert im Bereich der Schweiß- bzw. Lötverbindung die Rissbildung in dem Lampengefäß, wenn die Stromzuführung in dem Quarzglas des Lampengefäßes eingebettet ist.

Die Metallpulversuspension enthält vorzugsweise zusätzlich zu Ruthenium auch Molybdän, das mit dem Ruthenium während des Schweiß- bzw. Lötprozesses eine eutektische Legierung mit einer Schmelztemperatur von ca. 1900°C bildet, die als Lot für das Löten der vorgenannten Stromzuführungsteile besonders vorteilhaft ist.

III. Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 Ein abgedichtetes Ende eines Lampengefäßes mit der Stromzuführung gemäß des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung
2 Eine schematische Seitenansicht einer Glühlampe mit einem einseitig abgedichteten Lampengefäß und mit Stromzuführungen gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung
Die 1 zeigt ein abgedichtetes Ende 11 eines zweiseitig abgedichteten Entladungsgefäßes 1 und der Stromzuführung 12 einer Hochdruckentladungslampe für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer gemäß des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Die Stromzuführung 12 weist eine gasdicht in dem Ende 11 eingebettete Molybdänfolie 121 auf. Das von dem Innenraum 10 des Entladungsgefäßes 1 abgewandte Ende der Molybdänfolie 121 ist mit einem Molybdändraht 122 verschweißt, der aus dem abgedichteten Ende 11 herausragt. Das dem Innenraum 10 des Entladungsgefäßes 1 zugewandte Ende der Molybdänfolie 121 ist mit einer stabförmigen, aus Wolfram bestehenden Elektrode 123 verschweißt, die in den Entladungsraum 10 hineinragt. Der Länge der Elektrode 123 beträgt 6,5 mm und ihre Dicke 0,33 mm.
Zur Herstellung der Stromzuführung 12 wird die Molybdänfolie 121, die vorzugsweise aus mit Yttriumoxid dotiertem Molybdän besteht, vor dem Einbetten in dem Quarzglas des Entladungsgefäßes 1 mit dem Molybdändraht 122 und der Elektrode 123 verschweißt bzw. verlötet. Zum Verlöten der Molybdänfolie 121 mit den vorgenannten Stromzuführungsteilen 122, 123 wird auf die beiden Enden der Molybdänfolie 121 im Bereich der Fügestelle jeweils ein Tropfen einer Metallsuspension aufgetragen, die aus Rutheniumpulver, Molybdänpulver und dem Lösungsmittel Terpineol besteht. Die Korngröße des Metallpulvers liegt im Bereich von ca. 10 μm bis 70 μm und die beiden Metalle Ruthenium und Molybdän sind im Verhältnis ihres Eutektikums gemischt. Anschließend wird die mit der Metallpulversuspension versehene Molybdänfolie 121 erwärmt, so dass das Lösungsmittel Terpineol verdampft und das Gemisch aus Ruthenium- und Molybdänpulver auf der Oberfläche der Molybdänfolie 121 getrocknet und gesintert wird. Das gesinterte Metallpulver 1211, 1212 haftet dadurch an der Oberfläche der beiden Enden der Molybdänfolie 121. Das gesinterte Metallpulver 1211, 1212 ist nur auf einer Seite der Molybdänfolie 121 angeordnet, nämlich auf der Seite, die mit den Stromzuführungsteilen 122, 123 verschweißt bzw. verlötet wird.
Zum Verschweißen bzw. Verlöten der Molybdänfolie 121 mit dem Molybdändraht 122 wird der vorgefertigte Molybdändraht 122 überlappend zur Molybdänfolie 121 angeordnet, so dass eines seiner Enden auf der mit dem gesinterten Metallpulver 1211 beschichten Oberfläche der Molybdänfolie 121 aufliegt. Anschließend werden die beiden Stromzuführungsteile 121, 122 im Überlappungsbereich mittels Widerstandserwärmung so weit erhitzt, dass das im Überlappungsbereich auf der Oberfläche der Molybdänfolie haftende Metallpulver 1211 schmilzt. Die Schmelztemperatur des Metallpulvers beträgt ca. 1900 °C. Die aus Molybdän-Ruthenium-Legierung bestehende Schmelze benetzt das mit der Molybdänfolie 121 überlappende Ende des Molybdändrahtes 122 und die Molybdänfolienoberfläche im Verbindungsbereich mit dem Molybdändraht 122. Das geschmolzene Metallpulver dient als Lot zwischen dem Molybdändraht 122 und der Molybdänfolie 121. Nach dem Erkalten der Schmelze weist das mit der Molybdänfolie 121 überlappende Ende des Molybdändrahtes 122 eine Beschichtung 1221 aus einer Ruthenium-Molybdän-Legierung auf.
Analog zu dem Molybdändraht 122 wird auch die Wolframelektrode 123 mit der Molybdänfolie 121 verschweißt bzw. verlötet. Zum Verschweißen bzw. Verlöten der Molybdänfolie 121 mit der stiftförmigen Wolframelektrode 123 wird die vorgefertigte Wolframelektrode 123 überlappend zur Molybdänfolie 121 angeordnet, so dass ihr Ende 1231 auf der mit dem gesinterten Metallpulver 1212 beschichten Oberfläche der Molybdänfolie 121 aufliegt. Anschließend werden die beiden Stromzuführungsteile 121, 123 im Überlappungsbereich mittels Widerstandserwärmung so weit erhitzt, dass das im Überlappungsbereich auf der Oberfläche der Molybdänfolie haftende Metallpulver 1212 schmilzt. Die aus Molybdän-Ruthenium-Legierung bestehende Schmelze benetzt das mit der Molybdänfolie 121 überlappende Ende der Wolframelektrode 123 und die Molybdänfolienoberfläche im Verbindungsbereich mit der Wolframelektrode 123. Das geschmolzene Metallpulver dient als Lot zwischen der Wolframelektrode 123 und der Molybdänfolie 121. Nach dem Erkalten der Schmelze weist das Ende der Wolframelektrode 123 eine Beschichtung 1231 aus einer Ruthenium-Molybdän-Legierung auf. Die Beschichtung 1221 bzw. 1231 kann sich ebenfalls auf den nicht mit der Molybdänfolie 121 überlappenden Abschnitt des Molybdändrahtes 122 bzw. der Wolframelektrode 123 erstrecken. Die oben be schriebenen Schweiß- bzw. Lötprozesse werden vorzugsweise unter Inertgasatmosphäre, beispielsweise Argon- oder Formiergasatmosphäre (Wasserstoff-Stickstoff-Atmosphäre) durchgeführt.
Die so vorgefertigte Stromzuführung 12, bestehend aus dem Molybdändraht 122, der Molybdänfolie 121 und der Wolframelektrode 123 wird anschließend in das noch offene Ende 11 des Entladungsgefäßes 1 eingeführt. Danach wird das Quarzglas des Endes 11 durch Erhitzen erweicht und über der Molybdänfolie 121 dicht gequetscht. Nach dem Erkalten ist das Ende 11 im Bereich der Molybdänfolie 121 zwischen der Wolframelektrode 123 und dem Molybdändraht 122 gasdicht verschlossen. Die Schweiß- bzw. Lötverbindungen zwischen der Molybdänfolie 121 und dem Stromzuführungsdraht 122 bzw. der Elektrode 123 sind durch die Beschichtung mit der Rutheniumlegierung, die während des erfindungsgemäßen Verfahrens entsteht, zuverlässig gegen Korrosion geschützt. Außerdem vermindert die Beschichtung ein Haften des Quarzglases an den Stromzuführungsteilen 122, 123. Dadurch wird die Rissbildung im Quarzglas aufgrund der vergleichsweise großen thermischen Ausdehnung der Stromzuführungsteile 122, 123 reduziert. Das andere, nicht abgebildete Ende des Entladungsgefäßes 1 der Hochdruckentladungslampe ist identisch zu dem Ende 11 ausgebildet. Eine vollständige Beschreibung der Hochdruckentladungslampe ist in der EP 1 465 236 A2 offenbart.
In 2 ist schematisch eine Halogenglühlampe 3 gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung dargestellt. Das abgedichtete Ende 31 des aus Quarzglas bestehenden Lampengefäßes 30 ist mit zwei erfindungsgemäß hergestellten Stromzuführungen für die innerhalb des Lampengefäßes 30 angeordnete Glühwendel 34 versehen. Die beiden Stromzuführungen bestehen jeweils aus einer Molybdänfolie 32 bzw. 33 und einem damit verschweißten oder verlöteten Molybdändraht 35 bzw. 36. Jede dieser Stromzuführungen ist mit einem Wendelabgang 341 bzw. 342 der Glühwendel 34 verschweißt. Die Schweiß- bzw. Lötverbindung zwischen dem mit der Molybdänfolie 32 bzw. 33 überlappenden Ende 351 bzw. 361 des Molybdändrahtes 35 bzw. 36 ist auf dieselbe Weise wie die Schweiß- oder Lötverbindung zwischen der Molybdänfolie 12 und dem Molybdändraht 122 des ersten Ausfüh rungsbeispiels hergestellt. Nach der Herstellung der Schweiß- bzw. Lötverbindung ist das mit der Molybdänfolie 32 bzw. 33 verbundene Ende 351 bzw. 361 des Molybdändrahtes 35 bzw. 36 mit einer Ruthenium-Molybdänlegierung beschichtet. Außerhalb der Verbindungsstelle zwischen Molybdänfolie 32 bzw. 33 und dem Molybdändraht 35 bzw. 36 ist die entsprechende Oberfläche des Endes 321 bzw. 331 der Molybdänfolie 32 bzw. 33 mit dem gesinterten Metallpulver beschichtet, analog zu der Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels. Im Verbindungsbereich zwischen Molybdänfolie 32 bzw. 33 und dem Molybdändraht 35 bzw. 36, wo das gesinterte Metallpulver während des Schweiß- bzw. Lötprozesses geschmolzen wurde befindet sich eine Ruthenium-Molybdänlegierung, die als Lot zwischen dem Molybdändraht 35 bzw. 36 und der Molybdänfolie 32 bzw. 33 dient. Die Wendelabgänge 341, 342 der aus Wolframdraht bestehenden Glühwendel 34 sind jeweils mit einer Molybdänfolie 32 bzw. 33 verschweißt. Für die Schweißverbindung zwischen den Wendelabgängen 341, 342 mit den Molybdänfolien 32, 33 wird kein Lot verwendet.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer zumindest partiell mit einer, mindestens ein Platinmetall enthaltenden Beschichtung (1221, 1231; 1211, 1212) versehenen Stromzuführung (12) für eine Lampe, wobei zum Herstellen der Stromzuführung (12) mindestens zwei Stromzuführungsteile (121, 122, 123) durch eine Schweißung oder Lötung miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Durchführung der Schweißung bzw. Lötung eine Metallpulversuspension, die das mindestens eine Platinmetall enthält, auf mindestens eines (121) der Stromzuführungsteile (121, 122, 123) aufgetragen wird, so dass die Metallpulversuspension im Überlappungsbereich der mindestens zwei Stromzuführungsteile (121, 122, 123) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine, mit der Metallpulversuspension versehene Stromzuführungsteil (121) vor der Schweißung bzw. Lötung erwärmt wird, so dass das Lösungsmittel in der Metallpulversuspension verdampft.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren unter Einsatz von Schutzgas oder Inertgas durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Platinmetall Ruthenium ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes (121) der mindestens zwei Stromzuführungsteile (121, 122) als Molybdänfolie ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites (122) der mindestens zwei Stromzuführungsteile (121, 122) als Metallstift ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallstift als Molybdän- (122) oder Wolframstift (123) ausgebildet ist.
Stromzuführung für eine Lampe, die eine zumindest partielle, mindestens ein Platinmetall enthaltende Beschichtung (1221, 1231, 1211, 1212) aufweist, hergestellt gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6.
Lampe mit einem von einem Lampengefäß (1) umschlossenen Leuchtmittel und mindestens einer, aus mindestens einem abgedichteten Ende (11) des Lampengefäßes (1) herausgeführten Stromzuführung (12) für das Leuchtmittel gemäß Anspruch 7.
Lampe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Stromzuführung (12) eine Molybdänfolie (121) umfasst, die im abgedichteten Ende (11) des Lampengefäßes (1) eingebettet ist und mit mindestens einem Metallstift (122, 123) verbunden ist, wobei der Metallstift (122, 123) oder bzw. und die Molybdänfolie (121) eine zumindest partielle Beschichtung (1221, 1231; 1211, 1212) aufweist bzw. aufweisen, die im Überlappungsbereich zwischen Metallstift (122, 123) und Molybdänfolie (121) angeordnet ist und die Ruthenium oder eine Ruthenium-Legierung enthält.
Lampe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das mit der Molybdänfolie (121) überlappende Ende des Metallstiftes (122, 123) mit der Beschichtung (1221, 1231) versehen ist.
Lampe nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallstift eine Wolframelektrode (123) oder ein Wolframdraht ist.
Lampe nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallstift ein Molybdändraht (122) ist.