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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen
gemäß des Oberbegriffs des
Patentanspruchs 1 sowie eine elektrische Lampe.
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I. Stand der Technik
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Die
Offenlegungsschrift WO 96/05610 und die Patentschrift
US 5,339,002 offenbaren Scheinwerferlampen
für Kraftfahrzeuge
und ein Herstellungsverfahren für
diese Lampen. Gemäß der Offenlegungsschrift
WO 96/05610 wird ein komplett vorgefertigtes, gasdicht verschlossenes
Lampengefäß mit darin
angeordneten Glühwendeln
in ein metallisches Sockelteil montiert. Die Patentschrift
US 5,339,002 beschreibt
darüber
hinaus die Justage der Glühwendel
während
der Montage des Lampensockels gemäß der sogenannten 5-Achsen-Justierung.
Bei der 5-Achsen-Justierung wird zur Ausrichtung der Glühwendel
bezüglich
des Lampensockels die Baueinheit bestehend aus dem komplett vorgefertigten
Lampengefäß einschließlich der
darin eingeschlossenen Glühwendel
und einem als Halter für
das Lampengefäß dienenden
Sockelteil bezüglich
einer Referenzebene des Lampensockels ausgerichtet. Hierzu ist der Lampensockel
aus mehreren Sockelteilen aufgebaut, deren gegenseitige Lage zur
Justage der Glühwendel
verändert
wird bis die Glühwendel
die gewünschte
Ausrichtung besitzt und die dann in dieser Lage fixiert werden.
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II. Darstellung der Erfindung
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Herstellungsverfahren
für elektrische
Lampen, das insbesondere auf einfache Weise eine Montage und Ausrichtung
des Leuchtmittels ermöglicht,
und entsprechende Lampen bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. 9 gelöst. Besonders vorteilhafte
Ausführungen
der Erfindung sind in den abhängigen
Patentansprüchen
beschrieben.
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Das
erfindungsgemäße Herstellungsverfahren
für elektrische
Lampen zeichnet sich dadurch aus, dass während des Herstellungsverfahrens
ein vorgefertigter, als Lampengefäßabdichtung dienender Glas-Metall-Verbund
bereitgestellt wird, aus dem Stromzuführungen für mindestens ein Leuchtmittel herausragen,
wobei während
eines ersten Verfahrensschrittes das mindestens eine Leuchtmittel
mit seinen Stromzuführungen
verbunden wird, und während
eines, dem ersten Verfahrenschritt nachgeschalteten zweiten Verfahrensschrittes
das Lampengefäß über das
mindestens eine Leuchtmittel gestülpt wird und mit dem Glas-Metall-Verbund
verbunden wird.
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Aufgrund
der separaten Fertigung des als Lampengefäßabdichtung dienenden Glas-Metall-Verbundes
und des die Leuchtmittel umschließenden Lampengefäßes bleiben
die Enden der Stromzuführungen
zur Halterung des mindestens Leuchtmittels während der Montage des Leuchtmittels
frei zugänglich.
Die Montage des mindestens einen Leuchtmittels kann somit bei noch
offenem Lampengefäß durchgeführt werden.
Dadurch vereinfachen sich die Ausrichtung und Montage der Leuchtmittel.
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Das
Lampengefäß und der
als Lampengefäßabdichtung
dienende Glas-Metall-Verbund
werden zum Verbinden vorzugsweise miteinander verschmolzen, um eine
thermisch hochbelastbare, gasdichte Verbindung zu gewährleisten.
Das Verschmelzen der beiden vorgenannte Bauteile wird vorzugsweise
mittels LASER durchgeführt,
der eine lokal begrenzte Erhitzung des Lampengefäßes und des Glas-Metall-Verbundes im Verbindungsbereich
ermöglicht,
so dass die Einbettung der Stromzuführungen in dem Glas-Metall-Verbund
durch die Erhitzung nicht beeinträchtigt wird. Um etwaige mechanische Spannungen,
die durch das Verschmelzen des Lampengefäßes und des Glas-Metall-Verbundes
entstanden sind, zu beseitigen, wird in vorteilhafter Weise zumindest
der Verbindungsbereich zwischen den beiden vorgenannten Lampenteilen
einer Wärmebehandlung
unterzogen.
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Um
eine passgerechte Verbindung zu dem Lampengefäß, das üblicherweise ein axialsymmetrischer
oder rotationssymmetrischer Hohlkörper ist, herstellen zu können, wird
bei der Herstellung des Glas-Metall-Verbundes vorteilhaft ein Ende
des Glas-Metall-Verbundes
mit einem rohrförmigen
Ansatz versehen. Die Abmessungen dieses rohrförmigen Ansatzes quer zur Lampenachse
sind vorzugsweise auf die entspre chenden Abmessungen des Lampengefäßes abgestimmt.
Der Verbindungsbereich zwischen dem Lampengefäß und dem Glas-Metall-Verbund
sollte einen möglichst
großen Abstand
zu dem mindestens einen Leuchtmittel besitzen, um eine Störung der
Lichtemission durch Streulicht weitgehend auszuschließen. Der
Verbindungsbereich zwischen dem Lampengefäß und dem Glas-Metall-Verbund
sollte daher möglichst
nahe an dem Lampensockel angeordnet oder gar in dem Lampensockel
versteckt werden. Für
die Fertigung des Glas-Metall-Verbundes wird deshalb vorzugsweise
ein Glasrohr verwendet, das einen geringeren Außendurchmesser als das Lampengefäß besitzt, und
der rohrförmige
Ansatz des Glas-Metall-Verbundes wird zum Verbinden mit dem Lampengefäß konisch
aufgeweitet. Dadurch kann der Verbindungsbereich zwischen dem Lampengefäß und dem Glas-Metall-Verbund
nahe an der Einbettung der Stromzuführungen in dem Glas-Metall-Verbund
angeordnet werden und ein ausreichend großer Abstand zu den Leuchtmitteln
erzielt werden.
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Besonders
vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren in Kombination
mit einem Glas-Metall-Verbund anwendbar, der aus einem Glasrohr
hergestellt wird, indem durch das Glasrohr die metallischen Stromzuführungen
hindurchgeführt
werden und anschließend
ein Abschnitt des Glasrohrs durch Erhitzen erweicht wird und die
Stromzuführungen durch
Quetschen des erweichten Glases in dem Glas eingebettet werden.
Dadurch ist der als Lampengefäßabdichtung
vorgesehene Glas-Metall-Verbund
bereits optimal an die Geometrie des Lampengefäßes angepasst. Insbesondere
muss der rohrartiger Ansatz, der zum Verbinden mit dem Lampengefäß dient,
nicht separat hergestellt werden, sondern ist aufgrund der Geometrie
des Glasrohrs bereits vorhanden.
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Das
erfindungsgemäße Herstellungsverfahren
bietet besonders große
Vorteile bei der Fertigung von elektrischen Lampen, deren Leuchtmittel
gegenüber
einem Lampensockel oder einem als Referenz dienenden Lampensockelteil
justiert werden müssen. Im
Unterschied zu dem oben erläuterten
Stand der Technik, bei dem zur Justage des Leuchtmittels das komplett
vorgefertigte Lampengefäß einschließlich des
darin eingeschlossenen Leuchtmittels mittels mehrerer Lampensockelteile
bezüglich
einer Referenzebene des Lampensockels ausgerichtet werden muss,
wird entsprechend des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens
die Justage des mindestens einen Leuchtmittels bezüglich des
Lampensockels vorteilhafter Weise bereits während seiner Montage an seinen
Stromzuführungen
durchgeführt.
Zu diesem Zweck wird das als Referenz für die Justage des mindestens
einen Leuchtmittels dienende Lampensockelteil bereits vor der Montage
des mindestens einen Leuchtmittels an die mit seinen Stromzuführungen
versehene Lampengefäßabdichtung
montiert. Außerdem
sind das Lampengefäß und seine
mit den Stromzuführungen
versehene Lampengefäßabdichtung
als separate Bauteile ausgebildet, die erst nach der Ausrichtung
und Montage des mindestens einen Leuchtmittels miteinander verschmolzen
werden, damit das mindestens eine Leuchtmittel und die Enden seiner
Stromzuführungen
für die
Justage und Montage des mindestens einen Leuchtmittels zugänglich bleiben.
Die Justage des mindestens einen Leuchtmittels bezüglich des
Lampensockels wird vorteilhafter Weise somit unmittelbar während der
Montage des mindestens einen Leuchtmittels an seinen Stromzuführungen
durchgeführt.
Dadurch wird die vergleichsweise aufwändige 5-Achsen-Justierung gemäß des oben
zitierten Standes der Technik überflüssig. Insbesondere
bleibt die von dem Lampensockelteil definierte Referenzebene für das mindestens eine
Leuchtmittel während
des gesamten Fertigungsprozesses der Lampe erhalten. Diese Referenzebene
kann daher auch zur genauen Ausrichtung des mindestens einen Leuchtmittels
in einem optischen System, beispielsweise in einem Scheinwerfer
verwendet werden. Bei dem mindestens einen Leuchtmittel handelt
es sich im Fall einer Glühlampe
um eine Glühwendel
und im Fall einer Gasentladungslampe um die Elektroden der Lampe,
zwischen denen sich während
des Lampenbetriebs die Gasentladung ausbildet.
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Die
erfindungsgemäße elektrische
Lampe weist mindestens ein Leuchtmittel auf, das von einem Lampengefäß umschlossen
ist, wobei das Lampengefäß mit einer
Lampengefäßabdichtung
versehen ist, durch die Stromzuführungen
für das
mindestens eine Leuchtmittel hindurchgeführt sind. Erfindungsgemäß sind das
Lampengefäß und die
Lampengefäßabdichtung
als separate Lampenbauteile ausgebildet, die durch Verbindungsmittel
zusammengefügt sind.
Durch diese Trennung von Lampengefäß und Lampengefäßabdichtung
wird eine einfache Justage und Montage des mindes tens einen Leuchtmittels
an seinen Stromzuführungen
ermöglicht,
weil die Enden der Stromzuführungen
und das mindestens eine Leuchtmittel währenddessen nicht von dem Lampengefäß umhüllt, sondern
frei zugänglich
sind.
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Die
Lampengefäßabdichtung
ist vorteilhafter Weise als Quetschdichtung ausgebildet, die vorzugsweise
entweder eine Metallfolieneinbettung in Quarzglas oder eine Metalldrahteinbettung
in Hartglas umfasst, wobei die in dem Quarzglas eingebetteten Metallfolien
bzw. die in dem Hartglas eingebetteten Metalldrähte Bestandteil der Stromzuführungen
sind.
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III. Beschreibung des
bevorzugten Ausführungsbeispies
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Nachstehend
wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es
zeigen:
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1 Die
Stromzuführungen
für die
Glühwendel
der Lampe gemäß des bevorzugten
Ausführungsbeispiels
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2 Den
als Lampengefäßabdichttung
dienenden Glas-Metall-Verbund mit den darin eingebetteten Stromzuführungen
aus 1
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3 Den
im Lampensockel fixierten Glas-Metall-Verbund
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4 Den
im Lampensockel fixierten Glas-Metall-Verbund nach der Montage der
Glühwendel
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5 Das
Lampengefäß der Lampe
gemäß des bevorzugten
Ausführungsbeispiels
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6 Die
in 4 abgebildete Baueinheit nach der Montage des
in 5 gezeigten Lampengefäßes
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7 Die
komplette Lampe nach dem Verschließen und Abtrennen des Pumpstängels
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8 Eine
erste alternative Ausführungsform
zu dem in 2 dargestellten Glas-Metall-Verbund
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9 Eine
zweite alternative Ausführungsform
zu dem in 2 dargestellten Glas-Metall-Verbund
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Die 1 bis 7 illustrieren
das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren
anhand der Herstellung einer Halogenglühlampe für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer.
In der 1 ist der Aufbau der Stromzuführungen 1, 2 der
Halogenglühlampe
dargestellt. Die Stromzuführungen 1, 2 der
Halogenglühlampe
werden aus einem U-förmigen
Molybdändraht 10,
zwei Molybdänfolien 11, 12 und
zwei weiteren, geraden Molybdändrähten 13, 14 unterschiedlicher Länge gefertigt.
Die beiden Enden des U-förmigen Molybdändrahtes 10 sind
jeweils mit einer der beiden Molybdänfolien 11 bzw. 12 verschweißt. Jeweils
ein Ende der Metalldrähte 13, 14 ist
mit einer der beiden Molybdänfolien 11 bzw. 12 verschweißt. Die
beiden geraden Metalldrähte 13, 14 bilden
den innerhalb des Lampengefäßes verlaufenden
inneren Teil der Stromzuführungen 1 bzw. 2,
während
die beiden Schenkel des U-förmigen
Metalldrahtes 10 den außerhalb des Lampengefäßes verlaufenden äußeren Teil
der Stromzuführungen 1 bzw. 2 bilden.
Die Verbindung zwischen den beiden U-Schenkeln 10a, 10b des
U-förmigen Molybdändrahtes 10 wird
vor dem Sockeln der Lampe aufgetrennt, das heißt, der gewölbte Verbindungsbereich wird
mittels eines Schneidewerkzeugs entfernt. Das in 1 abgebildete,
aus den beiden Stromzuführungen 1, 2 bestehende
Gestell wird in ein Quarzglasrohr eingeführt, so dass die freien Enden
der beiden geraden Molybdändrähte 13, 14 aus
dem einen Ende des Quarzglasrohres herausragen und der U-förmige Molybdändraht aus
dem anderen Ende des Quarzglasrohres hervorsteht. Das Quarzglasrohr
wird im Bereich der Molybdänfolien 11, 12 auf
seine Erweichungstemperatur erhitzt und mittels Quetschbacken wird
das erweichte Quarzglas an die Molybdänfolien 11, 12 gepresst,
um eine gasdichte Einschmelzung der Molybdänfolien 11, 12 in
dem Quarzglas zu erhalten. Der auf diese Weise gefertigte, in 2 abgebildete Glas-Metall-Verbund 3 dient
als Lampengefäßabdichtung.
Die Molybdänfolien 11, 12 sind
im Dichtungsbereich 30 des Glas-Metall-Verbundes 3 gasdicht eingebettet.
Die beiden Molybdändrähte 13, 14 ragen
aus dem rohrförmigen
Ansatz 31 des Glas-Metall-Verbundes 3 heraus.
Der U-förmige
Molybdändraht 10 ragt
aus dem Dichtungsbereich 30 heraus. Da das aus den Stromzuführungen 1, 2 bestehende
Gestell nun durch das Quarzglas des Glas-Metall-Verbundes 3 vollständig fixier
ist und eine ausreichende mechanische Stabilität besitzt, kann der U-förmige Molybdändraht 10,
wie bereits oben erläutert
wurde, jetzt aufgetrennt werden. Der Dichtungsbereich 30 des
in der 2 abgebildeten Glas-Metall-Verbundes 3 wird anschließend in
den vorgefertigten Lampensockel 4 der Halogenglühlampe eingeführt und
mittels Klemmsitz fixiert (3). Der
Lampensockel 4 weist drei in einer gemeinsamen Ebene liegende
Referenzlaschen 41 auf, die sich senkrecht zur Lampenachse
A-A erstrecken und äquidistant
entlang des Umfangs des Lampensockels 4 angeordnet sind.
Diese Referenzlaschen 41 definieren eine Referenzebene
für die
Justage der Glühwendel 5.
Zur Justage und Montage der Glühwendel 5 werden
anschließend
die freien Enden der Molybdändrähte 13, 14 derart
geformt, dass die Glühwendel 5 nach
dem Verschweißen
ihrer Enden mit den Enden der Molybdändrähte 13, 14 axial
ausgerichtet ist. Beim Verschweißen der Glühwendel 5 mit den
Enden der Molybdändrähte 13, 14 wird
die Lage der Glühwendel
bezüglich
der Referenzlaschen 41 innerhalb vorbestimmter Toleranzen
justiert (4). Das in 5 abgebildete,
vorgefertigte Lampengefäß 6 ist
kreiszylindrisch ausgebildet, besitzt ein offenes erstes Ende und
ein zweites Ende, aus dem ein Pumpstängel 61 herausragt.
Zur Fertigung des Lampengefäßes 6 wurde
ebenfalls ein Quarzglasrohr verwendet, das den gleichen Innen- und
Außendurchmesser
besitzt wie das Quarzglasrohr, aus dem der Glas-Metall-Verbund 3 gefertigt wurde.
Nach der Montage der Glühwendel 5 wird
das in 5 abgebildete, vorgefertigte zylindrische und haubenartige
Lampengefäß 6 über die
Glühwendel 5 und
deren Stromzuführungen
gestülpt,
so dass das offene erste Ende des Lampengefäßes 6 auf dem rohrartigen
Ansatz 31 des Glas-Metall-Verbundes 3 aufsitzt.
Das offene erste Ende des vorgefertigten Lampengefäßes 6,
das denselben Innen- und Außendurchmesser
wie der rohrartigen Ansatz 31 des Glas-Metall-Verbundes 3 aufweist,
wird mittels eines Lasers mit dem rohrartigen Ansatz 31 des
Glas-Metall-Verbundes 3 verschmolzen. Bei dieser Verschmelzung
bildet sich im Verbindungsbereich von Lampengefäß 6 und rohrartigem
Ansatz 31 ein ringförmig
das Lampengefäß 6 umgebender
Wulst 62 (6). Über den noch offenen Pumpstängel 61 wird der
Innenraum des Lampengefäßes 6 evakuiert
und mit einem des Lampengefäßes 6 evakuiert
und mit einem Edelgas oder einem Edelgasgemisch, beispielsweise
Krypton oder/und Xenon, und einem Halogenzusatz gefüllt. Anschließend wird
der Pumpstängel 61 in
der Nähe
des Lampengefäßes 6 abgedichtet
und gekürzt
(7). Die Verschweißung seiner U-Schenkel nach
Auftrennung des U-förmigen Molybdändrahtes 10 mit
den elektrischen Kontakten des Lampensockels 4 wird auf
die übliche
Weise durchgeführt.
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In
der 8 ist schematisch eine erste alternative Ausführungsform
eines Glas-Metall-Verbundes 3' dargestellt,
der anstelle des in 2 abgebildeten Glas-Metall-Verbundes 3 als
Lampengefäßabdichtung
für das
Lampengefäß 6 verwendet
werden kann. Der in 8 gezeigte Glas-Metall-Verbund 3' unterscheidet
sich von dem in 2 abgebildeten Glas-Metall-Verbund 3 nur
dadurch, dass der rohrartige Ansatz 31' konisch aufgeweitet ist. In allen
anderen Merkmalen stimmt der Glas-Metall-Verbund 3' mit dem Glas-Metall-Verbund 3 überein.
Daher wurden in den 2 und 8 für identische
Bauteile auch dieselben Bezugszeichen verwendet. Zur Fertigung des
Glas-Metall-Verbundes 3' wird
ein Quarzglasrohr verwendet, das einen kleineren Innen- und Außendurchmesser
als das Lampengefäß 6 besitzt. Um
eine Verschmelzung des Lampengefäßes 6 mit dem
rohrartigen Ansatz 31' zu
ermöglichen,
wird daher der rohrartige Ansatz 31' vor dem Verschmelzen konisch aufgeweitet.
Dieser Glas-Metall-Verbundes 3' hat gegenüber dem Glas-Metall-Verbund 3 den Vorteil,
dass die Verbindungsstelle, das heißt, der Wulst 62 näher am Dichtungsbereich 30' und damit näher am Lampensockel 4 sowie
mit größerem Abstand
zur Glühwendel 5 angeordnet
ist als bei Verwendung des in 2 abgebildeten
Glas-Metall-Verbundes 3. Dadurch wird die Lichtstreuung
an dem Wulst 62 verringert. Die Lichtstreuung an dem Wulst 62 kann
auch mittels einer lichtabsorbierenden Beschichtung des Wulstes 62 oder
durch Verstecken des Wulstes 62 im Inneren des Lampensockels 4 verhindert
werden.
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Die 9 zeigt
eine zweite alternative Ausführungsform
eines Glas-Metall-Verbundes 9,
der anstelle des in Figur dargestellten Glas-Metall-Verbundes 3 als
Lampengefäßabdichtung
verwendbar ist. Dieser Glas-Metall-Verbund 9 besteht aus
zwei Molybdändrähten 91, 92,
die gasdicht in einem Hartglas, beispielsweise Alu mosilikatglas
oder Borsilikatglas, eingebettet sind, so dass beide Enden jedes
Molybdändrahtes 91, 92 aus
dem Hartglas herausragen. Zur Herstellung dieses Glas-Metall-Verbundes 9 werden die
beiden Molybdändrähte 91, 92 durch
ein Hartglasrohr hindurchgefädelt
und das Hartglasrohr im Dichtungsbereich 93 auf seine Erweichungstemperatur
erhitzt, um mittels Quetschbacken das erweichte Hartglas an die
Molybdändrähte 91, 92 zu
drücken. Nach
dem Erkalten des Glases sind die Molybdändrähte 91, 92 gasdicht
im Dichtungsbereich 93 eingebettet. Der Glas-Metall-Verbund 9 weist
an einem Ende einen konisch aufgeweiteten, rohrartigen Ansatz 94 auf,
der zum Verschmelzen mit dem Lampengefäß 6 vorgesehen ist.
Dieser Glas-Metall-Verbund 9 bietet
sich an für
Lampen, deren Lampengefäßabdichtung
während
des Lampenbetrieb nur einer vergleichsweise geringen thermischen
Belastung ausgesetzt ist. Für
Lampen mit während
des Betriebs thermisch hoch belasteten Lampengefäßabdichtungen werden die in
den 2 oder 8 dargestellten Glas-Metall-Verbunde 3, 3' aus Quarzglas
verwendet. Die Lampengefäßabdichtungen 3, 3' und 9 können jeweils
sowohl mit einem Lampengefäß 6 aus Quarzglas
als auch mit einem Lampengefäß aus Hartglas
verschmolzen werden. Die Wahl des Glases für das Lampengefäß 6 und
für den
als Lampengefäßabdichtung
dienenden Glas-Metall-Verbund 3, 3' 9 hängt von
der thermischen Belastung des Lampengefäßes und der Lampengefäßabdichtung
während des
Lampenbetriebs ab.
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Die
Erfindung beschränkt
sich nicht auf die oben näher
erläuterten
Ausführungsbeispiele,
sondern kann beispielsweise auch auf andere Lampentypen, beispielsweise
Entladungslampen angewendet werden. Außerdem kann bei dem Evakuieren
des Lampengefäßes und
dem Einbringen der Füllungskomponenten
in das Lampengefäß auf einen
Pumpstängel
verzichtet werden, wenn diese Fertigungsschritte beispielweise im
Innenraum einer Glovebox unter Schutzgasatmosphäre durchgeführt werden.