DE102009015774A1

DE102009015774A1 - Folie für Lampen und elektrische Lampe mit einer derartigen Folie sowie Herstellverfahren für die Folie

Info

Publication number: DE102009015774A1
Application number: DE102009015774A
Authority: DE
Inventors: Thomas Heil; Heinz Lang; Georg Rosenbauer
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2010-10-07

Abstract

Eine Folie für den Lampenbau mit einer im Wesentlichen rechteckigen Gestalt mit zwei Breitseiten weist an den Kanten treppenartige Stufen auf.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einer Folie für Lampen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich um Lampen, die eine Folienabdichtung verwenden. Dabei kann es sich um eine Einschmelzung oder Quetschung handeln. Die Erfindung betrifft weiterhin eine zugehörige Elektrische Lampe. Die Lampen können insbesondere Halogenglühlampen oder Hochdruckentladungslampen sein. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Herstellverfahren für eine derartige Folie.
Stand der Technik
Das DE-GM 20 2008 003 979 offenbart eine Halogenglühlampe, bei der eine Folie verwendet wird. Diese hat üblicherweise Lanzettform oder Sichelform, siehe US-A 4 851 733 . Diese Gestalt ist seit langer Zeit etabliert, siehe GB-A 474 982 , DE-C 573 448 und US-A 4 587 454 .
Darstellung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Gestalt einer Folie für Lampen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu verbessern, dass sie bessere Lebensdauern, höhere Berstdruckfestigkeiten und geringere Ausfallraten der damit ausgestatteten Lampen ermöglicht.
Eine weitere Aufgabe ist es, eine derartige Lampe bereitzustellen, die sich durch lange Lebensdauer, höhere Berstdruckfestigkeiten und geringere Ausfallraten auszeichnet. Eine weitere Aufgabe ist es, dafür ein Herstellungsverfahren anzugeben.
Diese erste Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Die weiteren Aufgaben werden durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 9 und 10 gelöst.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß sind die Schnittkanten der Folie geeignet bearbeitet.
Die Schmalseiten der Folien, üblicherweise aus Mo, sind normalerweise Schnittkanten. Sie weisen in aller Regel Schnittgrate auf. Diese rühren von dem mechanischen Abtrennen von einem Mo-Band mittels Messer her. Diese Schnittgrate können zu Spannungsspitzen im Glas führen.
Im Idealfall hat eine derartige Folie Lanzettform oder Sichelform. Der Querschnitt ist angenähert rechteckig mit einer maximalen Dicke in der Mitte von etwa 20 bis 40 μm.
Allerdings führen die scharfen Grate an den Schmalseiten zu Glasspannungen und führen letztlich zu Glasrissen, im Extremfall zu Folienabhebungen. Eine Konsequenz ist, dass sich die Berstdruckfestigkeit verringert und die Abdichtung, meist eine Quetschung oder Einschmelzung, in der die Folie sitzt, ist nicht optimal gegen korrosive Gase (von inner her betrifft das die Füllung des Kolbens; von außen her die oxidische Atmosphäre ) geschützt.
Bisher wurden die symmetrisch spitz zulaufenden Kanten der Mo-Einschmelzfolie über einen nasschemischen Prozess in ihre gewünschte sichelförmige oder lanzettförmige Gestalt geätzt. Dies betraf sowohl standardmäßig die seitlichen Längskanten parallel zu einer Quetschung als auch ggf die Schnittkanten an den Schmalseiten der Folie, wo normalerweise die Stromzuführungen ansetzen. Diese Formgebung reduziert die Glasspannungen an den Enden der Folie und vermeidet die Ausbildung von Kanülen oder Hohlräumen.
Idealformen sind in GB-A 551 136 und US 3 693 241 gezeigt.
Erfindungsgemäß werden an den Rändern der Folie jetzt definierte Kanten erzeugt, die stufenartig die maximale Dicke der Folie erreichen. Bevorzugt geht die treppenartige Zunahme der Dicke von einer Breitseite der Folie aus. Typisch kann der Dickenaufbau in ein bis 10 Stufen erfolgen, bevorzugt sind es zwei bis fünf Stufen.
Die Realisierung gelingt am besten mittels gepulster hochenergetischer Laserstrahlung, typisch ein Nd:YAG-Laser. Damit wird ein Teil des Mo-Materials am Rand der Folie parallel zum Rand verdampft. Typische Pulsfrequenzen liegen im Bereich 10 bis 900 kHz. Dabei wird das Abscannen der Kanten stufenweise realisiert.
Im einfachsten Fall sind beispielsweise zwei um den halben bzw. ganzen Durchmesser des Laserstrahls (Durchmesser 10 μm bis 100 μm) versetzte Laserbehandlungen nötig. Der Laserabtrag erfolgt durch einen Laserpuls, d. h. die Grundform des Materialabtrags ist ein Punkt bzw. Krater. Eine Linie ist aus mehreren solcher Punkte zusammenge setzt. Somit erhält man, in hoher Auflösung betrachtet, sowohl in seitlicher (Querrichtung) als auch in Längsrichtung eine „wellige” treppenartige Stufe. Im metallographischen Querschliff ist die reale Querschnittsabnahme nie ideal treppenförmig, sondern eher in Wellenformen abnehmend. Der Begriff „Treppenform” steht demnach eher für das grobe Grundgerüst, das in Feinauflösung eher wellenförmig erscheint, was durch punktweisen Laserabtrag hervorgerufen ist.
Im Idealfall wird der Laserstrahl auch gleich für die Abtrennung der Folie vom Folienband verwendet. In diesem Fall kann ein Durchgang (Laserscan) mit reduzierter Leistung eine Spur legen, die die Hälfte der Dicke der Folie abträgt. Daneben wird ein zweiter Durchgang mit so hoher Leistung gefahren, dass ein kompletter Schnitt (Abtrennung der Folie vom Folienband) erfolgt.
Im Prinzip können mehrere Stufen mit unterschiedlicher Leistung des Lasers abgefahren werden, so dass die Eindringtiefe des Lasers bei jeder Spur zunimmt, indem die Leistung bei jeder Spur weiter gesteigert wird. Die letzte Spur wird dann mit so hoher Leistung gefahren, dass das Folienband durchgeschnitten wird. Auf diese Weise erhält man im einfachsten Fall eine zum Kantenende hin asymmetrisch spitz zulaufende Treppengestalt. Ebenfalls möglich sind mehrere und auch relativ breite Scanebenen mit gleicher Leistung (ca. 2 bis 40 mal). Das heißt, dass bis zu 40 gleichartige Spuren nebeneinanderliegen, die in etwa eine (leicht gerillte oder wellige) Ebene definieren. Das flächige Abrastern von mehreren Bearbeitungsebenen erfolgt über die schrittweise Verkürzung der Bearbeitungsebenen. Somit erhält man auch bei gleichbleibender Laserleistung eine treppenförmige und wellenförmige Abnahme der Dicke. Je nach Anzahl der Scans kann eine unterschiedliche Abtragtiefe bei gleichbleibender Laserleistung erzeugt werden. Der Durchmesser des Laserstrahls ist meist kleiner als 0,1 mm. Dieses Verfahren resultiert letztlich in einer asymmetrisch spitz zulaufenden Kante. Im Gegensatz dazu ist der vorbekannte Ätzvorgang naturgemäß symmetrisch. Diese Symmetrie ist beim Laser-Herstellprozess nur mit hohem Aufwand erreichbar. Sie ist in der Praxis auch nicht notwendig.
Die zur Spitze der Treppe hin zunehmende Abdampfungsrate wird über die Leistung des Lasers und/oder die Anzahl der Scans an dieser Stelle geregelt.
Das neuartige Verfahren und die neuartige Struktur der Folien bedingen eine ganze Reihe von Vorteilen:

– Im Gegensatz zum nasschemischen Prozess ist dieser physikalische Prozess direkt an der Fertigungslinie durchführbar;
– Der Prozess ist deutlich schneller als der nasschemischen Prozess;
– Das ohnehin notwendige Schneiden der Mo-Folie ist nunmehr gleichzeitig mit der ebenfalls notwendigen Kantenverjüngung in einem Schritt durchführbar;
– Das Laserverfahren ist qualitativ besser als der nasschemischen Prozess;
– Prinzipiell sind alle vier Kanten der Folie mit dieser Methode behandelbar, nicht nur die Schmalseiten oder Breitseiten allein;
– In einer bevorzugten Ausführungsform kann über eine geeignete Neigung des Laserstrahls relativ zur Folie der gewünschte Kantenwinkel noch feiner eingestellt werden als über eine bloße Leistungsregelung. Im Extremfall kann die Mo-Folienkante sogar ohne jede Stufe (nur ein Schnitt, ohne Treppenkante) spitz zulaufen und trotzdem die aufgezeigten Vorteile aufweisen. Eine solche gestalt wird für sich allein genommen als schutzwürdig betrachtet.
– Im Prinzip kann beispielsweise mittels eines Strahlteilers mit diesem Verfahren auch eine symmetrische Verjüngung der Kanten statt der asymmetrischen erzeugt werden.

Das Folienmaterial selbst ist das übliche im Lampenbau verwendete wie beispielsweise Molybdän oder dotiertes oder beschichtetes Molybdän oder auch Tantal etc. Auch die Dicke und Form der Folie kann üblich gewählt werden. Typisch sind einige zig μm und eine Lanzettform der Folie.
Derartige Folien selbst sind typisch im wesentlichen rechteckig geschnitten, mit einer Längsseite, die bevorzugt parallel zur späteren Lampen-Achse liegt, und einer kürzeren Querseite, die bevorzugt quer zur späteren Lampenachse liegt. Abweichungen von dieser Regel sind selbstverständlich möglich und berühren nicht das grundsätzliche Konzept der Erfindung.
Diese Folie ist gut für Metallhalogenidlampen, Videoprojektionslampen oder Halogenglühlampen geeignet, aber auch vielfältig für andere Zwecke geeignet.
Besonders vorteilhaft kann der äußere Rand der dünnsten oder alleinigen Treppenstufe nicht einfach nur parallel zur Oberkante der Stufe und den andern Treppenstufen verlaufen, sondern der Folienrand kann auch bogenförmig, wellenförmig oder gezackt, regelmäßig oder unregelmäßig, geschnitten sein. Besonders vorteilhaft werden die Spannungen nicht in einer Linie, die senkrecht zur Längsrichtung der Mo-Folie ist, konzentriert. Dies dient dazu, etwaige Spannungen nicht in einer geraden Linie zu konzentrieren und damit die Berstfestigkeit zu optimieren. Unter geeigneten Randbedingungen reicht diese Maßnahme allein schon aus, um die Berstdruckfestigkeit und die Langzeitstabilität der Einschmelzung/Quetschung mit einem einzigen Laserschnitt ohne Treppenfunktion zu optimieren. In Zusammenhang mit der Vermeidung von mechanischen Schnittgraten und der Vermeidung der Spannungskonzentration in einer senkrechten Linie quer zur Längsachse kann im einfachsten Fall sogar auf die Treppengestalt verzichtet werden.
In der Praxis nutzt man jedoch bevorzugt bei Verwendung eines Lasers die Funktion der Treppe gleich mit aus.
Die erfindungsgemäß zulaufende Mo-Folienkante kann auch mit der Wellenform von US-A 2006/0061283 kombiniert werden. Damit werden zusammen mit der Erfindung die vormals in einer Linie konzentrierten Spannungen auf eine 3-dimensionale Wellenstruktur aufgeteilt.
Eine typische Leistung eines zur Bearbeitung verwendbaren Lasers ist 20 bis 200 W.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
1 eine Halogenglühlampe mit neuartiger Folie;
2 eine Folie gemäß Stand der Technik, schematisch (2a) und im Detail (2b);
3 eine Folie mit einer Treppenstufe im Detail;
4 eine Folie mit mehreren Treppenstufen im Detail;
5 ein Herstellverfahren für die Folie;
6 den Querschnitt durch ein geschnittenes Blech (6a) und eine gewalzte Folie (6b);
7 den Querschnitt durch ein geschnittenes Blech (7a) und eine gewalzte Folie (7b) jeweils nach der Laserbehandlung;
8 die Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Folie;
9 den Querschnitt durch eine Folie mit „schrägem” Schnitt.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Ein Ausführungsbeispiel einer Halogenglühlampe 1 zeigt 1. Sie hat einen Kolben 2 aus Quarzglas, der mit einer Quetschung 3 abgedichtet ist. Im Innern des Kolbens ist ein Leuchtkörper 4 angebracht, der über zwei innere Stromzuführungen 5 mit je einer Folie 6 in der Quetschung 3 verbunden ist. An der Folie 6 setzen äußere Stromzuführungen 14 an.
Die inneren Stromzuführungen sind typisch aus Wolfram oder Molybdän, o. ä. und haben einen Durchmesser von 10 bis 1500 μm, je nach Wattage der Lampe. Der Kolben enthält eine übliche halogenhaltige Füllung. Auf die Art der Füllung kommt es hier nicht an. Statt eines Leuchtkörpers kann der Kolben auch zwei Elektroden enthalten.
Die Folie 6 ist jeweils aus Molybdän. Sie weist im Bereich der dem Innern des Kolbens zugewandten Hälfte ein Loch 10 auf, das die innere Stromzuführung 5 klemmend haltert. Diese Stromzuführung ist bevorzugt ein einfach gewendelter Draht (Primärgewickel). Auf die Art der Befestigung der Stromzuführung kommt es jedoch nicht an. Oft wird die Stromzuführung direkt auf der Folie verschweißt.
In 2a ist eine Folie 6 gemäß dem Stand der Technik in Perspektive gezeigt. Sie weist die typische Lanzettform auf, wobei die grundsätzliche Gestalt rechteckig ist mit zwei Schmalseiten 7 und zwei Längsseiten 8.
2b zeigt ein Detail der Folie 6 im Schnitt. An der Schmalseite 7 entsteht aufgrund der Abtrennung mittels Messer ein Grat 10, der für die Dichtigkeit der Folie in der Lampe von Nachteil ist.
3 zeigt ein entsprechendes Detail einer erfindungsgemäßen Folie in seiner einfachsten Ausführung. Dabei ist die Schmalseite mit einem Laser so bearbeitet, dass eine Stufe 11 entsteht. Ihre Höhe ist typisch 10 bis 20 μm. diese Stufe ist hier durch zwei nebeneinander gesetzte Laserscans entstanden mit gleicher Verfahrensführung. Dadurch entstehen zwei gleichartige Spuren 12, die zu einer leichten Riffelung oder Welligkeit der Oberfläche der Stufe 11 führen. Der letztendliche Durchschnitt (7) er folgt ebenfalls mittels Laser, weshalb kein Schnittgrat (10) zu erkennen ist. In 4 ist dies gestrichelt eingezeichnet um das Prinzip zu verdeutlichen. Im einfachsten Fall ist nur eine Stufe (11) mit nur einem Scan (12) vorhanden. Der letzte Durchschnitt kann je nach Tiefe des Laserkraters um einen ganzen oder nur um einen halben Laserfokusdurchmesser versetzt sein.
4 zeigt ein entsprechendes Detail einer Folie mit mehreren Stufen 11, die aus mehreren Spuren 12 gefertigt sind.
5 zeigt die Auswirkung des neuen Verfahrens bei Anwendung auf eine Längsseite der Folie. 5a zeigt den Querschnitt durch ein geschnittenes Blech, das zu einer Folie auf konventionelle Weise verarbeitet wurde. Auch hier zeigt sich ein Grat 10. beim Ausführungsbeispiel der 5b ist die Folie aus einem gewalzten Draht hergestellt und daher mit abgerundeten Kanten 15 versehen.
Auch hier ist das Laserverfahren anwendbar, siehe 6a, so dass auf beiden längsseiten die treppenstufenartige Verjüngung 20 am Blech erzeugt wird. Auch im Fall des gewalzten Drahtes kann zu einem gewissen Grad eine treppenstufenartige Verjüngung 20 erzeugt werden. Bevorzugt wird ein solches an der Längsseite laserbehandeltes Band noch zusätzlich geätzt. Über die Kombination von physikalischem Materialabtrag mittels Laserbearbeitung und chemischen Materialabtrag (standardmäßige Kantenätzung) können beliebige Querschnittsformen am Mo-Band eingestellt werden, wie z. B. die konvex/konkav- Form von US-A 4 851 733 . Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch breitere Mo- Folien als das Beispiel von US 4851733 (1,0 mm) hergestellt werden.
Schließlich zeigt 7 ein Ausführungsbeispiel, bei dem eine derartige treppenstufenartige Verjüngung 20 symmetrisch erzeugt worden ist. Für diese Variante werden entweder zwei Laser, ein Laser mit Umlenkspiegel oder ein Laser mit Strahlteiler verwendet.
8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Folie in Draufsicht des Randes mit treppenstufenartiger Verjüngung. Während die innen liegenden dickeren Stufen geradlining geschnitten sind, ist die letzte, dünnste Stufe an ihrem Rand (Randstufe) ausgefranst geschnitten. Sie kann auch wellig bzw. zickzack geschnitten sein. Damit lässt sich die Berstdruckfestigkeit noch weiter erhöhen.
9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Mo-Folie, bei der die Schmalseite der Mo-Folie nicht wie üblich senkrecht zur Längsrichtung geschnitten ist. Hier ist die Schnittkante aufgrund eines schräg einfallenden Laserstrahles ebenfalls schräg und somit spitzer zulaufend als bei senkrechtem Lasereinfall.
Mit dieser Technik ist es möglich, dass einzelne wellige Treppenstufen nicht mehr einzeln aufgelöst werden. Die spitz zulaufende Schnittkante erscheint dann quasi als einziger Schnitt.
Im Falle der Laserbearbeitung längs zur Folienachse kann die übliche Form der Folie, siehe US 4 851 733 , direkt mit Laserabtrag nachgebidlet werden. Eine nachträgliche Ätzung der Folie ist dabei nicht ausgeschlossen. Beispielsweise kann der Laser nur grob die Querschnittsform des ungeätzten Mo-Bandes vorgeben und dann eine abschließende Sichelform-Ätzung des Mo-bandes vorgenommen werden um die gewünschte Idealform zu erhalten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 202008003979 U [0002]
- US 4851733 A [0002, 0045]
- GB 474982 A [0002]
- DE 573448 C [0002]
- US 4587454 A [0002]
- GB 551136 A [0012]
- US 3693241 [0012]
- US 2006/0061283 A [0025]
- US 4851733 [0045, 0050]

Claims

Folie für den Lampenbau mit einer im wesentlichen rechteckigen Gestalt mit Schmalseiten und Breitseiten, die durch Kanten begrenzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine treppenstufenartige Kontur auf der Folie in Kantennähe geformt ist.
Folie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur ein bis zehn Stufen beinhaltet, die insbesondere parallel zur Kante geführt sind.
Folie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Stufen im wesentlichen gleichartig ausgebildet sind.
Folie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufen sich asymmetrisch von einer ersten Breitseite zu einer zweiten Breitseite erstrecken.
Folie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Stufen parallel zueinander geradlinig geschnitten sind.
Folie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufe am Rand der Folie (Randstufe) am eigentlichen Folienrand bogenförmig, wellenförmig oder gezackt endet.
Folie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Stufe am eigentlichen Rand der Folie schräg geschnitten ist.
Folie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mo-Folie zusätzlich aus Stabilitätsgründen nachträglich wellenförmig geformt ist.
Elektrische Lampe mit einer Abdichtung, in der eine Folie gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche abgedichtet ist.
Verfahren zur Herstellung einer Folie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Treppenstufen durch mindestens einen Scan eines fokussierten Laserstrahls erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Stufen durch unterschiedliche Leistungseinstellung des Lasers und/oder wiederholtes Abfahren einer Spur mit gleicher Leistung erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Treppenstufen durch 2 bis 20 nebeneinander gereihte Scans eines Lasers erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Stufe durch Schrägstellung des Laserstrahles spitzer zur Kante hin zulauft als bei Senkrechtstellung des Laserstrahls.