DE102007006180A1

DE102007006180A1 - Verfahren zur Herstellung eines keramischen Entladungsgefäßes und zugehörige Hochdruckentladungslampe

Info

Publication number: DE102007006180A1
Application number: DE200710006180
Authority: DE
Inventors: Claus Dr. Allgeier; Dieter Trypke
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2007-02-07
Filing date: 2007-02-07
Publication date: 2008-08-14
Also published as: WO2008095771A3; WO2008095771A2

Abstract

Das Verfahren zeichnet sich durch folgende Schritte aus: a) Bereitstellen zweier schalenförmiger Bauteile mit jeweils einer zueinander passenden Stirnfläche; b) Befüllen eines ersten dieser schalenförmigen Bauteile mit einer nichtgasförmigen Füllung, wobei dazu das Bauteil vertikal aufgestellt wird; c) Einbringen des befüllten Bauteils in eine Prozesskammer und Positionieren des zweiten Bauteils in axialer Ausrichtung zum ersten Bauteil; Einstellen des gewünschten Füllgasdrucks in der Prozesskammer und mechanisches Kontaktieren der beiden Bauteile im Bereich der Stirnflächen; d) Verschmelzen der beiden Bauteile im Bereich der Stirnflächen mittels eines Lasers, wobei eine Schweißnaht entsteht.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung eines keramischen Entladungsgefäß für eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine zugehörige Hochdruckentladungslampe. Es handelt sich dabei insbesondere um ein Entladungsgefäß für Metallhalogenidlampen oder auch Natrium-Hochdruckentladungslampen. Das Entladungsgefäß ist im allgemeinen in einem Außenkolben untergebracht.
Stand der Technik
Aus der EP 1 089 321 ist ein keramisches Entladungsgefäß bekannt, das aus zwei Hälften zusammengesetzt ist. die Verbindung beider Hälften erfolgt über einen Sintervorgang. Eine derartige Verbindung ist zeitaufwendig und wenig maßhaltig.
Aus der US 6 620 272 ist eine modifiziertes Verfahren bekannt, bei dem die beiden Hälften als Grünkörper verbunden und im grünen Zustand mittels Laserschweißen verbunden werden. ein derartiges Verfahren ist etwas weniger zeitaufwendig, aber immer noch umständlich.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Entladungsgefäßes anzugeben, das einfach und wenig zeitaufwendig ist und wenig Ausschuss produziert.
Diese Aufgabe wird gelöst durch kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß sind beide Hälften als Halbschale ausgebildet, deren zueinander gewandte Ränder nicht besonders strukturiert sein müssen wie in EP 1 089 321 . ein leistungsstarker Laser, insbesondere ein CO2-Laser, schmilzt die Keramischen Halbschalen an ihren Rändern, die als Kontaktflächen wirken, auf. Das aufgeschmolzene Material verbindet beide Keramikhälften.
Die einzelnen Schritte sind wie folgt:

a) die beiden Keramikkörper, die bevorzugt symmetrische Halbschalen oder auch unsymmetrische Schalenteile sind, werden zunächst vorgefertigt und zwar als endgesinterte Bauteile. Das bedeutet, dass auch die Elektrodensysteme bereits an deren Enden jeweils eingeschmolzen oder direkt eingesintert sind. bevorzugt sind die Elektrodensystemen in Kapillaren an den Enden der Bauteile eingeschmolzen oder eingesintert.
b) es wird eine Füllung in ein erstes vertikal als Schale aufgestelltes Schalenteil eingebracht. Üblicherweise ist die Füllung gefroren. Konkret ist die Füllung oft aus Quecksilber und Metallhalogeniden zusammengesetzt sowie evtl. einem Puffergas wie Xenon, Krypton oder Argon. Diese Technik des Einfrierens ist an sich wohlbekannt.
c) das befüllte Schalenteil wird in eine Prozesskammer eingebracht. Ebenso wird das zweite Schalenteil in die Prozesskammer eingebracht. Anschließend wird in der Prozesskammer der gewünschte Druck des Puffergases eingestellt. Dabei wird entweder das Puffergas überhaupt erst zugegeben oder aus der unterem Schalenteil verdampft.
d) die beiden Schalenteile werden mechanisch zusammengeführt, insbesondere können sie auch eine Struktur an den Stirnflächen aufweisen, dass sie sich ähnlich wie in EP 1 089 321 zusammenfügen lassen. Anschließend wird ein Bereich um die stirnseitigen Kontaktflächen mittels des Lasers, der bevorzugt Infrarot emittiert, miteinander verschmolzen. Es verbleibt eine Schweißnaht im Bereich der vormaligen Stirnflächen.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird auch die Kapillare am Ende des Schlaenteils mit diesem mittels Laserschweißen verbunden. Insbesondere kann schließlich auch die Abdichtung des Elektrodensystems in der Kapillare mittels Laserschweißen erfolgen, wie an sich bekannt. Dabei kann auch eine kurze Kapillare verwendet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
1 zwei Schalenteile, die mit Elektrodensystemen bestückt sind;
2 das befüllen einer ersten Schalenteils;
3 das Einbringen der Schalenteile in eine Prozesskammer;
4 das Verschweißen der beiden Schalenteile in der Prozesskammer;
5 eine fertige Lampe.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Eine Metallhalogenidlampe mit keramischem Entladungsgefäß lässt sich folgendermaßen herstellen:

a) es werden zunächst zwei schalenförmige Keramikkörper 1 und 2, die bevorzugt symmetrische Halbschalen (1a) oder auch unsymmetrische Schalenteile mit einem größeren Becherteil 1' und einem kleineren Schalenteil 2' (1b) sind, zunächst vorgefertigt und zwar als endgesinterte Bauteile. Zusätzlich sind die Schalenteile jeweils mit abgedichteten Enden ausgestattet. insbesondere sind die Elektrodensysteme 3 bereits an deren Enden jeweils eingeschmolzen oder direkt eingesintert. Bevorzugt sind die Elektrodensysteme in Kapillaren 4 an den Enden der Bauteile eingeschmolzen oder eingesintert.
b) es wird eine nichtgasförmige Füllung 5 als Feststoff bzw. ggf. als Tropfen in ein erstes vertikal als Schale aufgestelltes Schalenteil 1 eingebracht. Üblicherweise ist die Füllung in Form von Metallhalogeniden gefroren. Das Quecksilber, falls ein solches überhaupt zugegeben werden soll, kann beispielsweise als Tropfen oder auch Amalgam eingebracht sein. Konkret ist die Füllung oft aus Quecksilber und Metallhalogeniden zusammengesetzt sowie evtl. einem Puffergas wie Xenon, Krypton oder Argon. Auch das Puffergas kann tiefgekühlt eingefroren werden. Diese Technik des Einfrierens ist an sich wohlbekannt.
c) das befüllte Schalenteil 1 wird gemäß 3 in eine Prozesskammer 10 eingebracht. Ebenso wird das zweite Schalenteil 2 in die Prozesskammer 10 oberhalb des ersten Schalenteils 1 und in axialer Ausrichtung dazu eingebracht. Anschließend wird in der Prozesskammer 10 der gewünschte Druck des Puffergases, in aller Regel ein Edelgas oder eine Mischung von Edelgasen, eingestellt. Dabei wird entweder das Puffergas überhaupt erst zugegeben oder aus der unterem Schalenteil 1 verdampft.
d) die beiden Schalenteile werden mechanisch zusammengeführt, bevorzugt indem das oben angebrachte Schalenteil 2 auf das unten liegende Schalenteil 1 aufgesetzt wird, siehe Pfeil. Insbesondere können die beiden Schalenteile auch eine Struktur an den Stirnflächen als Vater- und Mutterstücke aufweisen, so dass sie sich ähnlich wie in EP 1 089 321 zusammenfügen lassen. Anschließend wird gemäß 4 ein Hochleistungslaser an einem Fenster in der Prozesskammer positioniert und es wird ein Bereich um die stirnseitigen Kontaktflächen mittels des Lasers oder auch mehrerer ringartig um das Entladungsgefäß herum verteilter Laser, der bevorzugt Infrarot emittiert, miteinander verschmolzen. Es verbleibt eine umlaufende Schweißnaht 11 im Bereich der vormaligen Stirnflächen.

Das fertige Entladungsgefäß 12 wird nun beispielsweise in einen Außenkolben 13 eingesetzt und anschließend ein Sockel 14 angesetzt.
Als Material für die keramischen Bauteile eignet sich in erster Linie Al₂O₃ oder ähnliches Material wie PCA, Saphir, AlN etc.
Die Prozessführung des Lasers ist so, dass über einen kurzen Zeitraum von wenigen msec eine hohe Leistung eingekoppelt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 1089321 [0002, 0007, 0008, 0016]
- US 6620272 [0003]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Entladungsgefäßes aus Keramik für eine Hochdruckentladungslampe, mit folgenden Verfahrensschritten: a) Bereitstellen zweier schalenförmiger Bauteile mit jeweils einer zueinander passenden Stirnfläche; b) Befüllen eines ersten dieser schalenförmigen Bauteile mit einer nichtgasförmigen Füllung, wobei dazu das Bauteil vertikal aufgestellt wird; c) Einbringen des befüllten Bauteils in eine Prozesskammer und Positionieren des zweiten Bauteils in axialer Ausrichtung zum ersten Bauteil; Einstellen des gewünschten Füllgasdrucks in der Prozesskammer und mechanisches Kontaktieren der beiden Bauteile im Bereich der Stirnflächen; d) Verschmelzen der beiden Bauteile im Bereich der Stirnflächen mittels eines Lasers, wobei eine Schweißnaht entsteht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schalenteile symmetrisch sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalenteile jeweils mit abgedichteten Enden ausgestattet sind.
Hochdruckentladungslampe mit einem Entladungsgefäß aus Keramik, das nach einem Verfahren gemäß Anspruch 1 hergestellt worden ist.