EP1975972A2 - Elektrische Lampe mit einer Laserstrukturierten Metalleinschmelzung - Google Patents

Elektrische Lampe mit einer Laserstrukturierten Metalleinschmelzung Download PDF

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EP1975972A2
EP1975972A2 EP08102729A EP08102729A EP1975972A2 EP 1975972 A2 EP1975972 A2 EP 1975972A2 EP 08102729 A EP08102729 A EP 08102729A EP 08102729 A EP08102729 A EP 08102729A EP 1975972 A2 EP1975972 A2 EP 1975972A2
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EP
European Patent Office
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laser
power supply
electric lamp
seal
metal
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08102729A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1975972A3 (de
Inventor
Georg Rosenbauer
Matthias Damm
Heinz Lanf
Axel Bunk
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osram GmbH
Original Assignee
Osram GmbH
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Publication date
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Priority claimed from DE202007009119U external-priority patent/DE202007009119U1/de
Application filed by Osram GmbH filed Critical Osram GmbH
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Publication of EP1975972A3 publication Critical patent/EP1975972A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01K—ELECTRIC INCANDESCENT LAMPS
    • H01K1/00—Details
    • H01K1/40—Leading-in conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/36—Seals between parts of vessels; Seals for leading-in conductors; Leading-in conductors
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    • H01J61/368—Pinched seals or analogous seals
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    • H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/24—Manufacture or joining of vessels, leading-in conductors or bases
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    • H01J9/24—Manufacture or joining of vessels, leading-in conductors or bases
    • H01J9/32—Sealing leading-in conductors
    • H01J9/323—Sealing leading-in conductors into a discharge lamp or a gas-filled discharge device
    • H01J9/326—Sealing leading-in conductors into a discharge lamp or a gas-filled discharge device making pinched-stem or analogous seals
    • H—ELECTRICITY
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    • H01K—ELECTRIC INCANDESCENT LAMPS
    • H01K1/00—Details
    • H01K1/38—Seals for leading-in conductors

Definitions

  • the invention relates to an electric lamp, in particular an electric incandescent or discharge lamp, comprising at least one hermetically sealed lamp bulb, at least one arranged in the interior of the lamp bulb filament or electrode and a power supply system for the filament or the electrode.
  • the power supply system is led out of the lamp envelope by a pinch seal that hermetically seals the lamp envelope and is provided with a metal seal in the area of the pinch seal.
  • the outwardly directed part of the power supply wire is referred to as a supply line.
  • This lead can be made of a different material than the power supply wire.
  • the power supply wire is made of, for example, doped molybdenum or like the electrode in tungsten discharge lamps. Molybdenum and tungsten are very high quality materials and therefore relatively expensive. For the supply lines such a high quality material is not essential.
  • the metal gasket is preferably made of a molybdenum foil.
  • the material of the metal gasket with oxygen or the flame retention of the lamp in the region of the gasket by increasing the volume of the gasket material (e.g., molybdenum having a low density as molybdenum)
  • glass leaks may result, resulting in lamp leakage.
  • the gasket material e.g., molybdenum having a low density as molybdenum
  • Roughening takes place according to the prior art, for example via etching processes.
  • the film is placed here in an acid bath or alkaline bath or specifically treated by means of electrochemical removal.
  • the surface is provided, for example, with punch holes through which the material of the lamp bulb can penetrate in the area of the pinch.
  • a surface roughness can also be done by mechanical processing (eg sandblasting). It is also known to coat the surface with an adhesive layer (titanium oxide particles) or to dope the material with oxide particles (eg yttrium oxide).
  • the invention has for its object to provide an electric lamp according to the preamble of the first claim, in which the entire metal smelting, so the metal seal, the power supply wires and the leads to work on a cheap way to seal the lamps piston reliable.
  • the object is achieved in a lamp according to the preamble of the first claim, characterized in that the metal seal, the power supply wire or the leads is processed in the pinch by means of a laser.
  • a laser processing has the advantage of non-contact processing compared to the known processing methods.
  • the sealing film which is very thin, is deformed or even damaged.
  • the disadvantage is that only a large surface area of the melting metal or the wire can be processed, while in the laser process, localized areas in the metal smelting within the glass squeezing can be processed.
  • a laser it is also possible to produce an interior engraving.
  • focusing the laser beam for example
  • a change in material can be effected inside a material which is visible in a transparent or translucent material.
  • the laser processing it is thus possible to have a material arranged in a different material to edit without changing the second material surrounding or covering the first material.
  • a suitable wavelength of the laser radiation eg Nd-YAG laser with wavelength 1.06 microns
  • the invention is characterized in particular in that the metal seal or the electrode of the discharge lamp or power supply and supply line is provided with a structure.
  • the surface of the metal gasket is not only roughened, but has a structure with a certain geometry. Any desired geometries can be set by scanning the laser beam on the metal foil. Alternatively, the metal foil can be moved relative to the solid laser beam. In the case of wire sections, the surface structure can also extend over the entire circumference, because the wire rotates about its own axis during laser processing.
  • the contour of the machined spot is tapered, ie the further the beam penetrates into the material, the larger the diameter of the machined spot in the area of the surface and tapers in the direction of the center of the material.
  • the incorporated recess is for example, V-shaped.
  • the edges should smoothly leak out, similar to the lancet-shaped outer edges of the metal foil, otherwise the bond stresses in the glass-metal composite become too large and the glass breaks and cracks occur.
  • glass jumps preferably occur after crushing, since the glass-metal composite stresses are extremely great at the sharp-edged heels.
  • These local glass jumps eg local circle jump around a punctiform bullet
  • local relief jumps can be incorporated at critical points and the stress in the glass-metal composite can be reduced.
  • Another objective of the discharge jumps is the steering of the glass cracks in uncritical areas. With some lamps, glass leaks around the power supply lines or the supply lines can not be avoided after melting.
  • the crack is directed so that it remains within the pinch and there is no contact with the outside atmosphere.
  • a discharge lamp as e.g. used in video projection systems, in automobile headlamps or shop window emitters.
  • the laser structure on the electrode should direct the glue jumps so that the crack moves dezielt of a laser structure to the next laser structure and does not migrate to the outside of the discharge vessel.
  • two sharp-edged circumferential grooves are incorporated by means of a laser.
  • the partially already occurring adhesive jumps can be directed back so targeted within the discharge vessel.
  • the structure is formed as a recess formed in the material of the metal gasket.
  • this depression is punctiform.
  • the punctiform depressions are distributed over the entire surface of the metal gasket, optionally distributed arbitrarily or arranged locally around the welds.
  • the punctiform; Wells arranged according to a Ntufferer, again the pattern can be selected arbitrarily.
  • the punctiform depressions can, for example, on lines or curves arranged parallel to one another, on concentric circles or Rectangles, snail-shaped or arranged according to another pattern.
  • the depression is provided in the form of continuous lines.
  • These lines extend for example parallel to the upper or lower edge of the metal seal. They can also be aligned parallel to the lateral edges of the metal gasket. According to another variant, these lines are distributed diagonally or substantially diagonally on the surface of the metal gasket. After another variant, these lines intersect. For example, a net is formed by these lines.
  • the lines consist of a straight line.
  • the lines can also be curved, wavy lines or distributed in a circular or helical shape over the film.
  • the depth of the recess is up to max. 1/3 of the thickness of the metal gasket (typically about 1/10 of the thickness of the metal gasket).
  • the film is, for example, lancet-shaped and at most 16 to 35 ⁇ m thick and typically has a width of 1.2 to 6 mm.
  • the metal seal is provided with openings.
  • the breakthroughs have the advantage that the material of the lamp bulb can penetrate through the openings in the region of the pinch.
  • the material of the lamp envelope of one side of the pinch penetrates through the aperture and comes into contact with the material of the lamp envelope on the other side of the pinch.
  • glass comes in contact with glass and melts together.
  • the metal gasket is from the Material of the lamp bulb very well included. It creates in this way an easy to produce tight bruise.
  • the execution of the apertures is also different.
  • the breakthroughs may be punctiform so formed as well as the wells in the form of holes, the arrangement of the apertures is in turn carried out arbitrarily or according to a specific pattern.
  • slot-shaped openings are provided.
  • the depressions or the openings are arranged such that they follow a lettering.
  • the metal seal can be marked. This marking can even be recognized by the pinch.
  • a lettering not only the metal gasket for itself but the lamp itself is provided with a label.
  • the metal gasket for example, the lamp type, the company logo, the date of manufacture or other designations or symbols necessary for the production on the metal gasket.
  • the relief jumps consist in the simplest embodiment of inserted into the edge of the metal seal or the power supply lines / leads slots.
  • the relief jumps may preferably be formed as ring jumps, which are arranged distributed on the circumference of the metal seal / power supply / supply lines. However, they can also have a different shape.
  • molybdenum As the material for the metal gasket, for example, molybdenum is selected.
  • the foil is connected to the power supply wire and the lead before it is processed by the laser.
  • the power supply wire of tungsten or molybdenum and the lead are welded to the foil.
  • the molybdenum foil but in general also the embedded in the pinch current supply wires and leads are processed by the laser.
  • the power supply system is inserted into the still open lamp envelope and the lamp envelope is closed by squeezing the approximately 2300 ° C hot quartz glass.
  • the material of the lamp envelope encloses the metal gasket, penetrates into the recesses or the openings and forms a reliable seal of the pinch, so that no gas, in particular one with a Halogen additive doped inert gas, which is introduced in the lamp envelope, can escape.
  • the surface of the film, which connects to the material of the lamp envelope is enlarged.
  • the metal gasket not only the metal gasket but also the power supply wires and the supply line is provided with a structure.
  • the lead At least in the area of the pinch, the lead has a laser processed surface to improve the connection to the material of the lamp envelope.
  • the laser used is advantageously a CO 2 or Md: YAG laser.
  • an Nd: YAG or CO 2 laser with extremely small focus diameter ( ⁇ 100 ⁇ m) and high laser power in focus can be used.
  • the laser is usually operated in pulsed mode at frequencies of> 10 kHz and a power range between 10 and 200 watts.
  • the generation of the surface structure is done by the evaporation (sublimation) of the material of the metal gasket.
  • a scanner is provided. With this scanner, any shapes and figures on or in the metal gasket and the power supply wires and leads are introduced. It is also possible to scan larger areas using the scanner. Scanning in this case means evaporating the material of the metal gasket over a larger area so that it has a roughened surface.
  • the invention relates not only to electric light bulbs such as halogen bulbs, but also to discharge lamps.
  • a halogen incandescent lamp has a quartz glass lamp bulb. Quartz glass melts only at much higher temperatures than hard or Meich glass. The embedding of power supply wires in soft glass is relatively simple and does not require as expensive means as the melting of power supply wires in quartz glass.
  • a halogen incandescent lamp 1 is shown.
  • the lamp bulb 2 is made of quartz glass.
  • the filament 3 is arranged.
  • the ends of the filament 3 are connected to the power supply wires 4, 5 of a power supply system.
  • the power supply system consists of the power supply wires 4, 5, connected to the power supply wires 4, 5 molybdenum foils 6, 7 and with the molybdenum foils 6, 7 connected leads 8, 9.
  • the films are shown schematically, see below
  • the pinch 10 surrounds the ends of the power supply wires 4, 5, the molybdenum foils 6, 7 and the ends of the leads 8, 9 connected to the molybdenum foils 6, 7 via the power supply system.
  • FIG. 2 A section from FIG. 1 is in detail in FIG. 2 shown.
  • the molybdenum foils 6, 7 are provided with openings 11.
  • These openings 11 consist of simple holes which are introduced into the film 6, 7 by means of a laser, for example a CO 2 or Nd: YAG laser.
  • the light beam of the laser is focused on the surface of the film 6, 7.
  • the material of the film 6, 7 becomes so hot that the material evaporates, in particular sublimates, ie the material changes from a solid state of aggregation to a gaseous state.
  • the openings in the film 6, 7 are fired.
  • discharge jumps 30 in the film area are also shown schematically. For details on relief jumps can be found for example in EP 944 109 ,
  • the openings are highly schematized as holes.
  • the apertures may also be formed as slots.
  • the slots follow a straight line or a curve.
  • the shape of the breakthroughs is arbitrary.
  • FIG. 5 Alternatively to breakthroughs 11 and recesses 12 in the surface of the films 6 are possible. These recesses typically penetrate up to 1/3 (preferably 1/10) in the material of the films. Again, the shape of the recess may be formed like a dot. According to another embodiment, the depressions are formed as lines, these lines following a straight line or a curve.
  • the recesses 12 are advantageously provided on both sides of the film, see FIG. 5 , However, it is also possible to mount the depressions on only one side of the films. The patterns of the recesses may be formed the same or different on each side of the film. There are no limits to the design.
  • the structure on the film follows a lettering 13, see FIG. 4 , whereby the film 6 and thus the lamp can be characterized as a whole.
  • the lettering is only relatively weak to recognize through the pinch. It does not disturb the overall appearance of the lamp.
  • the lettering is intended in particular for markings.
  • the structure may be a depression or a breakthrough.
  • FIG. 6 symbolizes a typical discharge jump in the quartz glass, which is targeted by a peripheral groove through the circumferential grooves in the electrode. / Circumferential recess is directed to the next circumferential recess. Shown is a half of a discharge lamp with discharge jumps ⁇ m the electrode / current supply wire.
  • an electric lamp With the formation of the foils with an enlarged surface structure, an electric lamp is provided in which the connection between the metal gasket and the material of the lamp bulb in the area of the pinch is improved.
  • the introduction or introduction of the recesses or the openings is much easier to produce material-friendly and faster than by the known methods, such as etching or mechanical processing.
  • the metal gasket consists of a metal foil, wherein molybdenum is preferred as the material, with or without doping, as is known per se.
  • the lamp bulb (2) usually consists of glass, in particular quartz glass or Vycor.
  • the structure on the film can be applied before or after the melting of the film. Depending on that, a laser with a different wavelength can be used. In the case of subsequent structuring, it should be selected such that the quartz glass surrounding the foil is as non-absorbent as possible, for example when the wavelength 1.06 ⁇ m (ND: YAG) is used.
  • the structure on the film can be better used to improve the glazing or to control deflation jumps.
  • the glazing is added pure roughening of the film and smooth structures, such as funnel-shaped openings with smooth edges, improved.
  • the relief jumps are then optimally steered if the structure has sharp-edged edges.
  • either the laser processing can be targeted so that structures are created that are not too smooth and not too sharp.
  • an alternate structure may be applied, with one set of smooth structures and a second set of sheer edged structures, for example, the first set of rows of smooth structures and the second set of sharp-edged openings. The crack germs present in the glass are then deflected from one structure to another and are thus useful as a means of relief.

Abstract

Elektrische Lampe mit einer den Lampenkolben abschließende EinschmeLzung, wobei in der Einschmelzung eine Metalldichtung mit Stromzuführungsdrähten und Zuleitungen vorgesehen ist, und die Metalldichtung mit Stromzüführungsdrähten und Zuleitungen mit einer Struktur versehen ist, die durch einen Laser erzeugt wurde.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine elektrische Lampe, insbesondere eine elektrische Glüh- oder Entladungslampe, bestehend zumindest aus einem hermetisch abgedichteten Lampenkolben, wenigstens einem/r im Innenraum des Lampenkolbens angeordneten Leuchtkörper bzw. Elektrode und einem Stromzuführungssystem für den Leuchtkörper oder die Elektrode. Das Stromzuführungssystem ist durch eine den Lampenkolben hermetisch abdichtende Quetschung aus dem Lampenkolben herausgeführt und ist im Bereich der Quetschung mit einer Metalldichtung versehen.
    • Stand der Technik
  • Gerade bei elektrischen Lampen mit einem Gefäß aus Quarzglas ist es aufgrund der unterschiedlichen Ausdehungskoeffizienten von Quarzglas (0,5 × 10-6 1/K) und Molybdän (5,6 x 10-6 1/K) sehr schwierig, bei hindurchgeführten Stromzuführungsdrähten die Quetschung sicher zu verschließen. Aus diesem Grund ist der Stromzuführungsdraht im Bereich der Quetschung unterbrochen und der Zwischenraum durch eine extrem dünne Metalldichtung (<40µm Dicke) ersetzt. Der nach außen geleitete Teil des Stromzuführungsdrahtes wird als Zuleitung bezeichnet. Diese Zuleitung kann aus einem anderen Material gefertigt sein als der Stromzuführungsdraht. Der Stromzuführungsdraht besteht beispielsweise aus dotiertem Molybdän oder wie die Elektrode bei Entladungslampen aus Wolfram. Molybdän und Wolfram sind sehr hochwertige Materialien und deshalb im Verhältnis recht teuer. Für die Zuleitungen ist ein derart hochwertiges Material nicht unbedingt notwendig.
  • Die Metalldichtung besteht bevorzugt aus einer MolybdänFolie. Während des Lampenbetriebs kann durch Reaktion des Materials der Metalldichtung mit Sauerstoff oder den FLillhestandtei.1.en der Lampe im Bereich der Dichtung durch Volumenzunahme des Dichtungsmaterials (z.B. Molybdänoxid hat eine geringe Dichte als Molybdän) Glassprünge entstehen, die zu Undichtigkeit der Lampe führen. Durch ein Aufrauen der Oberfläche der Folie wird eine verbesserte Anglasung mit dem Quarzglas erzielt, was zu einem festeren Glas-Metall-Verbund führt. Durch diese bessere Anglasung verzögert sich die Entstehung von Glassprüngen, was mit einer höheren Lampenlebensdauer einhergeht..
  • Ein Aufrauen erfolgt nach dem Stand der Technik beispielsweise über Ätzprozesse. Die Folie wird hierbei in ein Säurebad oder Laugenbad gelegt bzw. gezielt mittels elektrochemischen Abtrags behandelt.
  • Ebenfalls bekannt ist ein mechanisches Behandeln der Folie. Die Oberfläche ist beispielsweise mit Stanzlöchern versehen, durch die das Material des Lampenkolbens im Bereich der Quetschung hindurchdringen kann. Eine Oberflächenrauhigkeit kann auch durch eine mechanische Bearbeitung (z.B. Sandstrahlen) erfolgen. Ebenso ist es bekannt, die Oberfläche mit einer haftenden Schicht (Titanoxidpartike) zu beschichten oder das Material mit Oxidpartikel (z.B. Yttriumoxid) zu dotieren.
  • Allen bisher bekannten Behandlungsmethoden, um die Metalldichtung derart zu gestalten, dass die Quetschung sicherer abgedichtet werden kann, sind sehr aufwändig und teuer.
    • Darstellung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Lampe nach dem Oberbegriff des ersten Anspruches zu schaffen, bei der die gesamte Metalleinschmelzung, also die Metalldichtung,die Stromzuführungsdrähte und die Zuleitungen auf eine preiswerte Art und Weise zu bearbeiten , um den Lampen kolben zuverlässig abzudichten.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Lampe gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs dadurch gelöst, dass die Metalldichtung, der Stromzuführungsdraht oder der Zuleitungen in der Quetschung mittels eines Lasers bearbeitet ist.
  • Eine Bearbeitung mittels Laser hat gegenüber den bekannten Bearbeitungsmethoden den Vorteil einer berührungslosen Bearbeitung. Bei den bekannten Bearbeitungsmethoden besteht bei der mechanischen Bearbeitung die Gefahr, dass die Einschmelzfolie, die sehr dünn ist, verformt oder sogar beschädigt wird. Beim Ätzprozess oder beim Beschichten ist der Nachteil, dass nur eine großflächige Fläche des Einschmelzmetalls oder des Drahtes bearbeitet werden kann, während beim Laserprozess gezielt lokale Stellen bei der Metalleinschmelzung innerhalb der Glasquetschung bearbeitet werden können..
  • Mit einem Laser ist es auch möglich, eine Innengravur herzustellen. Durch Fokussierung des Laserstrahles beispielsweise über einen Spiegelscanner oder eine optische Linse auf die gleiche Stelle kann im Inneren eines Materials eine Materialveränderung bewirkt werden, die bei einem Durchsichtigen bzw. durchscheinenden Material sichtbar ist- Nach der Laserbearbeitung ist es somit möglich, ein Material, das in einem anderen Material angeordnet ist, zu bearbeiten, ohne das das erste Material umgebende oder abdeckende zweite Material zu verändern. Es ist mit der Laserbearbeitung im Prinzip, bei Verwendung einer geeigneten Wellenlänge der Laserstrahlung (z.B. Nd-YAG Laser mit Wellenlänge 1,06 µm) möglich, die t-1etalldichtung1 die Elektroden und die Stromzuführungenauch dann noch zu bearbeiten, wenn diese bereits in der Quetschung des Lampenkolbens eingebettet ist.
  • Die Erfindung ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Metalldichtung oder die Elektrode der Entladungslampe oder Stromzuführung und Zuleitung mit einer Struktur versehen ist. Die Oberfläche der Metalldichtung ist nicht nur aufgeraut, sondern weist eine Struktur mit einer bestimmten Geometrie auf. Beliebige Geometrien sind hierbei durch ein Abscannen des Laserstrahls auf der Metallfolie einstellbar. Alternativ kann auch die Metallfolie relativ zum festen Laserstrahl verfahren werden. Bei Drahtabschnitten kann sich die Oberflächenstruktur auch über den gesamten Umfang erstrecken, indem der Draht bei der Laserbearbeitung um die eigene Achse rotiert.
  • In der Regel verläuft die Kontur der bearbeiteten Stelle verjüngend, d. h. je weiter der Strahl in das Material eindringt desto größer ist der Durchmesser der bearbeiteten Stelle im Bereich der Oberfläche und verjüngt sich in Richtung Materialmitte. Die eingearbeitete Vertiefung ist beispielsweise V-förmig ausgebildet. Im Falle von Durchbrüchen sollten die Kanten ähnlich den lanzettenförmigen Außenkanten der Metallfolie sanft auslaufen, da sonst die Verbundspannungen im Glas-Metall-Verbund zu groß werden und das Glas aufreist und Risse entstehen.
  • Es ist jedoch auch möglich den Laserstrahl so auszurichten, dass an der bearbeiten Stelle zueinander parallel ausgerichtete Seitenwände entstehen. Je nach Mahl der Pulsfrequenz des Lasers können Schmelzspratzer vermieden werden und eine komplette Sublimation des Materials erfolgen. Hierbei können reativ exakte Vertiefungsgeometrien und Schneidkanten im µm- Bereich ausgebildet werden.
  • Bei Durchbrüchen mit parallel zueinander ausgerichteten Seitenwänden treten bevorzugt Glassprünge nach dem Quetschen auf, da an den scharfkantigen Absätzen die Glas-Metal-Verbundspannungen extrem groß sind. Diese lokalen Glassprünge (z.B. Lokaler Kreissprung um einen punktuellen Durchschuß) können auch gezielt als lokale Entlastungssprünge in der Quetschung vorgesehen werden. So können z.B. an kritischen Stellen lokale Entlasungssprünge eingearbeitet werden und die Spannung im Glas-Metall-Verbund herabgesetzt werden. Eine andere Zielsetzung der Entlasungsprünge ist die Lenkung der Glasrisse in unkritische Bereiche. Bei einigen Lampen lassen sich nach dem Einschmelzen Glassprünge um die Stromzuführungen oder den Zuleitungen nicht vermeiden. Durch die gezielte Plazierung von scharfkantigen Laservertiefenungen oder Laserdurchschüssen auf der Metalldichtung oder den Stromzuführungen und Zuleitungen können die Glasrisse so gelenkt werden, dass ein durchgehender Riß an die Außenatmösphäre der Quetschung (=Undichtigkeit der Lampe) verhindert werden kann. Der Riß wird so gelenkt, dass er innerhalb der Quetschung verbleibt und kein Kontakt mit der Außenatmosphäre vorliegt.
  • Als bevorzugtes Beispiel kann eine Entladungslampe, wie sie z.B. in videoprojektionssystemen, in Autoffiobilfrontscheinwerfern oder Schaufensterstrahlern eingesetzt wird, angeführt werden.
  • Hier soll die Laserstruktur auf der Elektrode die Klebesprünge so lenken, dass der Riss dezielt von einer Laserstruktur zur nächsten Laserstruktur wandert und nicht an die Außenseite des Entladungsgefäßes wandert. Bevorzugt werden mittels Laser zwei scharfkantige Umfangsnuten die Elektrode eingearbeitet. Die teilweise ohnehin entstehenden Klebesprünge können so gezielt innerhalb des Entladungsgefäßes zurückgelenkt werden.
  • Nach einem ersten Ausführungsbeispiel ist die Struktur als eine in das Material der Metalldichtung eingearbeitete Vertiefung ausgebildet. Nach einer Variante ist diese Vertiefung punktförmig. Im einfachsten Fall ist in der Metalldichtung nur eine punktförmige Vertiefung vorgesehen. Vorteilhafterweise jedoch sind die punktförmigen Vertiefungen über die gesamte Oberfläche der Metalldichtung verteilt, ggf. willkürlich verteilt oder um die Schweißpunkte lokal angeordnet. Nach einer weiteren Variante sind die punktförmige; Vertiefungen nach einem Ntuäter angeordnet, wobei wiederum das Muster willkürlich ausgewählt sein kann. Die punktförmigen Vertiefungen können beispielweise auf zueinander parallel angeordneten Linien oder Kurven, auf konzentrischen Kreisen oder Rechtecken, schneckenförmig oder nach einem sonstigen Muster angeordnet sein.
  • Nach einer weiteren Variante der Erfindung sind die Vertiefung in Form von durchgehenden Linien vorgesehen. Diese Linien erstrecken sich beispielsweise parallel zur Ober- oder Unterkante der Metalldichtung. Sie können auch parallel zu den seitlichen Kanten der Metalldichtung ausgerichtet sein. Nach einer weiteren Variante sind diese Linien diagonal oder im Wesentlichen diagonal auf der Oberflache der Metalldichtung verteilt. Nach einer weiteren Variante kreuzen sich diese Linien. Durch diese Linien ist beispielsweise ein Netz gebildet. Die Linien bestehen zum einen aus Geraden. Die Linien können auch kurvenförmig gestaltet sein, Wellenlinien bilden oder kreis- bzw. schneckenförmig über die Folie verteilt sein.
  • Die Tiefe der Vertiefung beträgt bis max. 1/3 der Dicke der Metalldichtung (typisch ca. 1/10 der Dicke der Metalldichtung). Die Folie ist beispielsweise lanzettenförmig und maximal 16 bis 35µm dick und weist typisch eine Breite von 1,2 bis 6 mm auf.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Metalldichtung mit Durchbrüchen versehen. Bei den Durchbrüchen besteht der Vorteil, dass das Material des Lampenkolbens im Bereich der Quetschung durch die Durchbrüche hindurchdringen kann. Das Material des Lampenkolbens der einen Seite der Quetschung dringt durch den Durchbruch hindurch und kommt in Kontakt mit dem Material des Lampenkolbens auf der anderen Seite der Quetschung. Es kommt somit Glas mit Glas in Berührung und verschmilzt miteinander. Die Metalldichtung wird von dem Material des Lampenkolbens sehr gut eingeschlossen. Es entsteht auf diese Weise eine einfach herzustellende dichte Quetschung.
  • Nach einer Variante dieses Ausführungsbeispiels der Erfindung ist die Ausführung der Durchbrüche auch verschieden. Die Durchbrüche können wie auch die Vertiefungen punktförmig also in Form von Löchern ausgebildet sein, wobei die Anordnung der Durchbrüche wiederum beliebig oder nach einem bestimmten Muster ausgeführt ist. Ebenso sind schlitzförmige Durchbrüche vorgesehen.
  • Nach einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Vertiefungen bzw. die Durchbrüche derart angeordnet, dass sie einem Schriftzug folgen. Mit einem Schriftzug kann die Metalldichtung gekennzeichnet werden. Diese Kennzeichnung ist sogar durch die Quetschung zu erkennen. Mit einem derartigen Schriftzug wird nicht nur die Metalldichtung für sich sondern die Lampe an sich mit einer Kennzeichnung versehen. Somit ist es möglich in die Metalldichtung beispielsweise den Lampentyp, das Firmenlogo, das Herstelldatum oder auch andere für die Fertigung notwendige Bezeichnungen oder Symbole auf der Metalldichtung aufzubringen.
  • Mit der Laserbearbeitung werden nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung am Umfang der Metalldichtung Durchbrüche oder scharfkantige Vertiefungen eingebracht, die bei parallelen Seitenwänden zu Entlastungssprüngen in der Quetschung führen, Entlastungssprünge sind dazu vorgesehen, allgemeine Spannungen im Material abzubauen. Durchdie unterschiedlichen thermischen Ausdehungskoeffizienten von Quarzglas (ca. 0,5 x 10-6 1/K) und hochschmelzenden Refraktärmetallen (ca. 5 bis 6 x 10-6 1/K)., entstehen unmittelbar nach dem Quetschen (ca. 2300°C) beim Abkühlen Spannungen im Verbundsystem Quarzglas - Metall.. Durch die Entlastungssprünge können die Glassrprunge gezielt delenkt werden oder dazu benutzt werden lokal Spannungen abzubauen.
  • Die Entlastungssprünge bestehen in der einfachsten Ausführungsform aus in den Rand der Metalldichtung oder den Stromzuführungen/Zuleitungen eingebrachten Schlitzen. Die Entlastungssprünge können bevorzugt als Ringsprünge, die auf dem Umfang der Metalldichtung/Stromzuführungen/Zuleitungen verteilt angeordnet sind, ausgebildet sein. Sie können jedoch auch eine andere Gestalt aufweisen.
  • Als Material für die Metalldichtung ist beispielsweise Molybdän ausgewählt. Die Folie wird, bevor sie mittels des Lasers bearbeitet wird, mit dem Stromzuführungsdraht und der Zuleitung verbunc3en. Der Stromzuführungsdraht aus Wolfram oder Molybän und die Zuleitung werden an der Folie angeschweißt. Anschließend wird bevorzugt die Molybdänfolie, aber im Allgemeinen auch die in der Quetschung eingebetteten Stromzuführungsdrähte und Zuleitungen durch den Laser bearbeitet.
  • Nach der Bearbeitung wird das Stromzuführungssystem in das noch offene Lampenkolben eingeführt und das Lampenkolben durch Quetschen des ca. 2300°C heißen Quarzglase verschlossen. Das Material des Lampenkolbens umschließt die Metalldichtung, dringt in die Vertiefungen oder die Durchbrüche ein und bildet eine zuverlässige Dichtung der Quetschung, so dass kein Gas, insbesondere ein mit einem Halogenzusatz dotiertes Inertgas, das im Lampenkolben eingebracht ist, entweichen kann. Durch die Vertiefungen oder die Durchbrüche ist die sich mit dem Material des Lampenkolbens verbindende Oberfläche der Folie vergrößert.
  • Nach einer besonderen Variante der Erfindung ist nicht nur die Metalldichtung sondern auch die Stromzuführungsdrähte und die Zuleitung mit einer Struktur versehen. Zumindest im Bereich der Quetschung weist die Zuleitung eine mittels Laser bearbeitete Oberfläche auf, um die Verbindung zum Material des Lampenkolbens zu verbessern.
  • Als Laser wird vorteilhafterweise ein CO2 - oder auch ein Md:YAG-Laser eingesetzt.
  • Technisch kann ein Nd:YAG oder CO2-Laser mit extrem kleinen Fokusdurchmesser (<100µm) und hoher Laserleistung im Fokus verwendet werden. Meist wird der Laser im Pulsbetrieb bei Frequenzen von >10kHz und einem Leistungsbereich zwischen 10 - 200 Watt betrieben. Die Erzeugung der Oberflächenstruktur geschieht über das Abdampfen (Sublimation) des Materials der Metalldichtung.
  • Um die bestimmten Geometrien oder Anordnungen der Vertiefungen und/oder Durchbrüche zu erzielen ist beispielsweise ein Scanner vorgesehen. Mit diesem Scanner werden beliebige Formen und Figuren auf oder in die Metalldichtung und die Stromzuführungsdrähte und Zuleitungen eingebracht. Es ist auch möglich, mittels des Scanners größere Flächen abzurastern. Abrastern bedeutet in diesem Fall, das Material der Metalldichtung über eine größere Fläche zu verdampfen, so dass dies eine aufgeraut Oberfläche aufweist.
  • Die Erfindung bezieht sich nicht nur auf elektrische Glühlampen wie Halogenglühlampen, sondern auch auf Entladungslampen.
  • Eine Halogenglühlampe weist ein Lampenkolben aus Quarzglas auf. Quarzglas schmilzt erst bei wesentlich höheren Temperaturen als Hart- oder Meichglas. Das Einbetten von Stromzuführungsdrähten in Weichglas ist relativ einfach und bedarf keiner so aufwendiger Mittel wie das Einschmelzen von Stromzuführungsdrähten in Quarzglas.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung beschrieben. Es zeigt
    • Figur 1 eine Halogenglühlampe;
    • Figur 2 einen vergrößerten Ausschnitt der Halogenglühlampe aus Figur 1;
    • Figur 3-5 weitere Ausführungsbeispiele des Folienbereichs für eine Lampe.
    Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
  • In der Fig. 1 ist eine Halogenglühlampe 1 dargestellt. Der Lampenkolben 2 besteht aus Quarzglas. Im Lampenkolben 2 ist der Leuchtkörper 3 angeordnet. Die Enden des Leuchtkörpers 3 sind mit den Stromzuführungsdrähten 4, 5 eines Stromzuführungssystems verbunden.
  • Das Stromzuführungssystem besteht aus den Stromzuführungsdrähten 4, 5, aus mit den Stromzuführungsdrähten 4, 5 verbundenen Molybdänfolien 6, 7 sowie mit den Molybdänfolien 6, 7 verbundenen Zuleitungen 8, 9. Die Folien sind schematisch dargestellt, s.u.
  • Am in Zeichnungsrichtung unteren Ende ist der Lampenkolben 2 mit einer Quetschung 10 verschlossen. Die Quetschung 10 umschließt die von dem Leuchtkörper 3 abgewandten Enden der Stromzuführungsdrähte 4, 5, die Molybdänfolien 6, 7 sowie die mit den Molybdänfolien 6, 7 verbundenen Enden der Zuleitungen 8, 9. Über das Stromzuführungssystem ist der Leuchtkörper 3 mit elektrischem Strom versorgt.
  • Ein Ausschnitt aus Figur 1 ist im Detail in Figur 2 dargestellt. Wie zu erkennen ist, sind die Molybdänfolien 6, 7 mit Durchbrüchen 11 versehen. Diese Durchbrüche 11 bestehen aus einfachen Löchern, die mittels eines Lasers, beispielsweise eines CO2- oder Nd:YAG-Laser in die Folie 6, 7 eingebracht sind. Der Lichtstrahl des Lasers wird auf die Oberfläche der Folie 6, 7 fokussiert. An dieser Stelle wird das Material der Folie 6, 7 derart heiß, dass das Material verdampft, insbesondere sublimiert, d.h. das Material geht von einem festen Aggregatszustand gleich in einen gasförmigen Zustand über. Auf diese Weise werden die Durchbrüche in die Folie 6, 7 gebrannt. Mittels eines Scanners wird die Anordnung der Durchbrüche vorgegeben. Schematisch sind außerdem Entlastungssprünge 30 im Folienbereich gezeigt. Näheres zu Entlastungssprüngen findet sich beispielsweise in EP 944 109 .
  • In der Zeichnung sind die Durchbrüche stark schematisiert als Löcher abgebildet. Wie zuvor beschrieben wurde, können die Durchbrüche auch als Schlitze ausgebildet sein.
  • Die Schlitze folgen dabei einer Geraden oder einer Kurve. Die Form der Durchbrüche ist beliebig.
  • Nach einer weiteren Ausführung der Erfindung, siehe Figur 5, sind alternativ zu Durchbrüchen 11 auch Vertiefungen 12 in der Oberfläche der Folien 6 möglich. Diese Vertiefungen dringen typsich bis zu 1/3 (bevorzugt 1/10) in das Material der Folien ein. Auch hier kann die Form der Vertiefung punktartig ausgebildet sein. Nach einer anderen Ausführungsform sind die Vertiefungen als Linien ausgebildet, wobei diese Linien einer Geraden oder einer Kurve folgen. Die Vertiefungen 12 sind vorteilhaft auf beiden Seiten der Folie vorgesehen, siehe Figur 5. Es ist jedoch auch möglich, die Vertiefungen auf nur einer Seite der Folien, anzubringen. Die Muster der Vertiefungen können auf jeder Seite der Folie gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein. Der Formgebung sind keine Grenzen gesetzt.
  • Des weiteren ist es möglich, derartige Vertiefungen auch oder allein auf die Stromzuführung 8 aufzubringen, siehe dazu Figur 3.
  • Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform folgt die Struktur auf der Folie einem Schriftzug 13, siehe Figur 4, wodurch die Folie 6 und damit die Lampe als Ganzes gekennzeichnet werden kann. Der Schriftzug ist durch die Quetschung hindurch nur relativ schwach zu erkennen. Er stört daher das Gesamte Erscheinungsbild der Lampe nicht. Der Schriftzug ist insbesondere für Kennzeichnungen vorgesehen. Die Struktur kann eine Vertiefung oder ein Durchbruch sein.
  • In Figur 6 ist ein typischer Entlastungssprung im Quarzglas symbolisiert, der durch die Umfangsnuten in der Elektrode gezielt von einer Umfangsnut. / Umfangsvertiefung zur nächsten Umfangsvertiefung gelenkt wird. Abbgebildet ist ein Hälfte einer Entladungslampe mit Entlastungssprüngen µm die Elektrode/ denstromzuführungsdraht.
  • Mit der Ausbildung der Folien mit einer vergrößerten Oberflächenstruktur ist eine elektrische Lampe geschaffen, bei der die Verbindung zwischen der Metalldichtung und dem Material des Lampenkolbens im Bereich der Quetschung verbessert ist. Das Auf- bzw. Einbringen der Vertiefungen oder der Durchbrüche ist wesentlich einfacher, materialschonender und schneller herzustellen als nach den bekannten Verfahren, wie dem Ätzen oder der mechanischen Bearbeitung.
  • Üblicherweise besteht die Metalldichtung aus einer Metallfolie, wobei als Material Molybdän bevorzugt ist, mit oder ohne Dotierung, wie an sich bekannt. Üblicherweise besteht der Lampenkolben (2) aus Glas, insbesondere Quarzglas oder Vycor.
  • Die Struktur auf der Folie kann vor oder nach dem Einschmelzen der Folie aufgebracht werden. Je nachdem ist dann ein Laser mit anderer Wellenlänge verwendbar. Bei nachträglicher Strukturierung sollte sie sogewählt werden, dass das die Folie umgebende Quarzglas möglichst nicht absorbierend wrikt, beispielsweise, wenn die Wellenlänge 1,06 µm (ND:YAG) verwendet wird.
  • Die sTruktur auf der Folie kann je nach genauer Form besser zur Verbesserung der Anglasung oder zur Lenkung von Entlausturtgssprüngen verwendet werden. Die Anglasung wird bei reinem Aufrauhen der Folie und bei glatten Strukturen, beispielsweise trichterförmigen Durchbrüchen mit glatten Rändern, verbessert. Die Entlastungssprünge werden dann optimal gelenkt, wenn die Struktur scharfkantige Ränder hat.
  • Will man beides erreichen, kann entweder die Laserbearbeitung gezielt so eingestellt werden, dass Strukturen entstehen, die nicht allzu glatt und nicht allzu scharfkantig werden. Alternativ kann eine alternierende Struktur aufgebracht werden, mit einem Satz glatter Strukturen und einem zweiten Satz schafkantiger Strukturen, beispielsweise besteht der erste Satz aus Reihen glatter Strukturen und der zweite Satz aus scharfkantigen Durchbrüchen. Die im Glas vorhandenen Risskeime werden dann von einer Struktur zu einer anderen gelenkt und sind dadurch nützliche Entlastungsmittel.

Claims (23)

  1. Elektrische Lampe, insbesondere eine elektrische Glüh- oder Entladungslampe, bestehend aus
    - einem hermetisch abgedichteten Lampenkolben,
    - wenigstens einem im Innenraum des Lampenkolbens angeordneten Leuchtmittel, insbesondere einem Leuchtkörper oder Elektrode, und
    - einem Stromzuführungssystem für den Leuchtkörper bzw. die Elektrode,
    wobei das Stromzuführungssystem durch eine den Lampenkolben hermetisch abdichtende Quetschung aus dem Lampenkolben herausgeführt ist und das Stromzuführungssystem im Bereich der Quetschung mit einer Metallfoliendichtung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfoliendichtung (6, 7) mittels eines Lasers bearbeitet ist .
  2. Elektrische Lampe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfoliendichtung (6, 7) mittels des Lasers mit einer Struktur versehen ist.
  3. Elektrische Lampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur als mindestens eine Vertiefung in Form von Punkten, Geraden oder Kurven ausgeführt sind.
  4. Elektrische Lampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur als mindestens ein Durchbruch (11), bevorzugt in Form von Löchern oder Schlitzen, ausgeführt ist.
  5. Elektrische Lampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur einem Schriftzug folgt.
  6. Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels Laser erzeugte Struktur auf der Metalldichtung (6, 7) lokale Glassprünge nach dem Einschmelzen verursachen, die als Entlastungssprünge (30) fungieren.
  7. Elektrische Lampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels Laser erzeugten Vertiefungen einseitig oder beidseitig auf der Metallfolie eingearbeitet sind.
  8. Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalldichtung (6, 7) aus einer Molybdänfolie besteht.
  9. Elektrische Lampe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie eine planare ebene Geometrie oder eine seitlich gefaltete Geometrie aufweist.
  10. Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromzuführungssystem zumindest aus einem mit dem Leuchtkörper (3) oder der Elektrode verbundenen Stromzuführungsdraht (4, 5), der Metallfoliendichtung (6, 7) und wenigstens einer aus dem Lampenkolben (2) herausgeführten Zuleitung (8, 9) besteht und die Metalldichtung (6, 7) zwischen dem Stromzuführungsdraht (4, 5) und der Zuleitung (8, 9) angeordnet ist.
  11. Elektrische Lampe nach. Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Leuchtkörper (3) bzw. der Elektrode abgewandte Ende des Stromzuführungsdrahtes (4, 5), die Metalldichtung (6, 7) und das mit der Metalldichtung (6, 7) verbundene Ende der Zuleitung (8, 9) in der Quetschung (10) eingebettet ist :
  12. Elektrische Lampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Lampenkolbens (2) die Struktur zumindest teilweise ausfüllt.
  13. Elektrische Lampe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur ein Durchbruch ist und das durch den Durchbruch (11) hindurchragende Material des Lampenkolbens (2) sich im Bereich der Quetschung (10) miteinander verbindet.
  14. Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auch die Oberfläche der Zuleitungen (8, 9) und/oder der Stromzuführungsdrähte im Bereich der Quetschung (10) mit einer Struktur versehen ist.
  15. Elektrische Lampe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur der Zuleitungen (8, 9) und der Stromzuführungsdrahte ebenfalls mit einem Laser erzeugt ist.
  16. Verfahren zur Herstellung einer Struktur auf einer Metalleinschmelzung, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur mittels Laserstrahl hergestellt wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass , als Laser ein CO2- oder ein. Nd:YAG-Laser eingesetzt wird,
  18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahl des Lasers fokussiert wird und die Bestrahlung durch den Laser ein thermisches Abdampfen des Materials der Metalldichtung bewirkt.
  19. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Scanner vorgesehen ist, mittels dem die Struktur abrasterbar auf die Metalldichtung aufgetragen wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohstrahl über einen Strahlteiler in 2 Teilstrahlen aufgeteilt wird und mittels zweier gegenüberliegender Scanner die Struktur beidseitig auf die Metalldichtung aufgetragen wird.
  21. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die abgescannte Metalleinschmelzung bei der Laserbearbeitung rotiert.
  22. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur auf den eingeschmolzenen Metallen (Stromzuführungsdrähte, Metallfolie, Zuleitung) vor dem Verschmelzen mit dem Quarzglas entstanden ist.
  23. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur auf den eingeschmolzenen Metallen (Stromzuführungsdrähte, Metallfolie, Zuleitung) nach dem Verschmelzen mit dem Quarzglas entstanden ist, wobei die Wellenlänge des Lasers so gewählt ist, insbesondere bei mindestens 1,06 µm liegt, dass der Laserstrahl durch das Quarzglas ohne merkliche Abschwächung hindurchtreten kann.
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