DE102006032752A1

DE102006032752A1 - Oxidationsschutz für Glas-Metallübergänge

Info

Publication number: DE102006032752A1
Application number: DE102006032752A
Authority: DE
Inventors: Stephan Berndanner; Gerhard Löffler; Jürgen Meier
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2006-07-14
Filing date: 2006-07-14
Publication date: 2008-01-17
Also published as: WO2008006763A2; CN101490799A; WO2008006763A3; US20100237778A1

Abstract

Offenbart ist ein Stromdurchführungssystem für eine Lampe, mit zumindest einer in einen Endabschnitt eines Lampengefäßes der Lampe durch eine Anglasung eingebetteten Elektrode und/oder Stromzuführung, wobei die Elektrode und/oder Stromzuführung im Anglasungsbereich zumindest abschnittsweise mit einer Oxidationsschutzschicht versehen ist. Weiterhin offenbart sind eine Lampe mit einem derartigen Stromdurchführungssystem und ein Verfahren zu deren Herstellung.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Stromdurchführungssystem für eine Lampe, mit zumindest einer in einen Endabschnitt eines Lampengefäßes der Lampe durch eine Anglasung eingebetteten Elektrode und/oder Stromzuführung, wobei die Elektrode und/oder Stromzuführung im Anglasungsbereich zumindest abschnittsweise mit einer Oxidationsschutzschicht versehen ist. Weiterhin offenbart sind eine Lampe mit einem derartigen Stromdurchführungssystem und ein Verfahren zu deren Herstellung.
Stand der Technik
Derartige Stromdurchführungssysteme werden beispielsweise für elektrische Stromzuführungen bei aus Quarz- oder Hartglas bestehenden Stabeinschmelzungen von Hochdruckentladungslampen oder Stromzuführungen von Halogenlampen und dergleichen verwendet. Das erfindungsgemäße Stromdurchführungssystem kann jedoch prinzipiell bei einer Vielzahl unterschiedlicher Lampentypen Verwendung finden.
Eine Hochdruckentladungslampe mit einem derartigen Stromdurchführungssystem ist beispielsweise auf der Internetdomain www.osram.de unter der Produktbezeichnung "XBO^®" beschrieben. Diese Hochdruckentladungslampen besitzen ein Entladungsgefäß aus Quarzglas mit zwei diametral angeordneten, abgedichteten Kolbenschäften, deren freie Endabschnitte jeweils mit einer Sockelhülse versehen sind. In den Innenraum des Entladungsgefäßes ragen zwei diametral angeordnete Elektroden aus Wolfram, zwischen denen sich während des Lampenbetriebs eine Gasentladung ausbildet. Zur Halterung der Elektroden in dem Entladungsgefäß ist auf dem Wolframstab jeweils eine Glashülse aus einem Übergangsglas aufgeschmolzen, die mit weiteren Übergangsgläsern in Richtung des Sockels aufgeweitet und zu den Kolbenschäften zurückgeführt ist (Domeinschmelzung).
In die Kolbenschäfte ist zur weiteren Abstützung der Elektroden jeweils ein in Längsrichtung verschiebbares Stützröllchen aus Quarzglas eingesetzt, das über eine, an der auf den Elektrodenstab aufgeschmolzenen Glashülse abgestützte Druckfeder gegen einen etwa kegelförmigen Ventilsitz des Kolbengefäßes vorgespannt ist. Da die Elektroden aufgrund der hohen Betriebstemperaturen der Lampe zur Bildung von Wolframoxiden neigen, wobei sich die Oxide anfänglich auf den äußeren Bereichen der Elektroden bilden und dann unter die Anglasung, d.h. unter die Glashülse fortschreiten, müssen die Übergänge von Metall auf Glas gegen Durchoxidation geschützt werden. Aufgrund dieser temperaturabhängigen Oxidbildung vergrößert sich das Volumen der genannten Bauteile und verursacht einen zusätzlichen Spannungsanstieg in der Anglasung, der zum Bruch und damit zum frühzeitigen Ausfall der Lampe führen kann. Gemäß dem Stand der Technik wird vor der Anglasung ein dünnes Glasröhrchen auf die Elektrode aufgeschmolzen, das ein Eindringen von Luftsauerstoff in den Anglasungsbereich verhindert und dadurch als Oxidationsschutz wirkt.
Nachteilig bei derartigen Stromdurchführungssystemen ist, dass die Aufbringung der dünnen Glasröhrchen auf die Elektroden aufgrund der Anglastechnik einen hohen fertigungstechnischen Aufwand erfordert. Dieses Verfahren ist zwar bezüglich des Oxidationsschutzes sehr sicher, aber die Funktion nur bei sehr hohen Qualitätsanforderungen gegeben.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stromdurchführungssystem für eine Lampe und eine mit einem derartigen Stromdurchführungssystem ausgerüstete Lampe sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Lampe zu schaffen, bei denen gegenüber herkömmlichen Lösungen eine Oxidbil dungen im Bereich der Anglasung der Elektroden oder Stromzuführungen bei minimalem fertigungstechnischen Aufwand verhindert ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Stromdurchführungssystem für eine Lampe, mit zumindest einer in einen Endabschnitt eines Lampengefäßes der Lampe durch eine Anglasung eingebetteten Elektrode und/oder Stromzuführung, wobei die Elektrode und/oder Stromzuführung im Anglasungsbereich zumindest abschnittsweise mit einer Oxidationsschutzschicht versehen ist. Aufgrund der im Anglasungsbereich auf der Elektrode und/oder Stromzuführung zumindest abschnittsweise aufgebrachten Oxidationsschutzschicht wird eine Oxidbildung im Bereich der Anglasung und damit ein Ausfall der Lampe wirkungsvoll verhindert. Dadurch kann gegenüber dem Stand der Technik auf das fertigungstechnisch aufwändige Aufbringen von dünnen Glasröhrchen auf die Elektroden verzichtet werden.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Lampe mit zumindest einem derartigen Stromdurchführungssystem.
Des Weiteren wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer Lampe gelöst, bei dem in einem ersten Schritt zumindest eine Elektrode und/oder eine Stromzuführung in ein Lampengefäß eingesetzt und angeglast wird und anschließend eine Oxidationsschutzschicht auf die Elektrode und/oder Stromzuführung aufgebracht wird, so dass der Anglasungsbereich zumindest abschnittsweise von dieser unterlaufen wird.
Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht die Oxidationsschutzschicht aus einem Lot, vorzugsweise einem Hartlot auf Kupferbasis, Silberbasis oder Messingbasis. Dabei wird der Übergang von Wolfram zur Anglasung mit einem Überzug aus Hartlot gegen Oxidation bei Betriebstemperatur dauerhaft geschützt.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn das Lot eine Legierung mit der Elektrode und/oder Stromzuführung bildet, so dass eine mechanisch und thermisch hochfeste Verbindung der Oxidationsschutzschicht ermöglicht ist.
Vorzugsweise erstreckt sich die Oxidationsschutzschicht über eine Länge von bis zu 5 mm unter den Anglasungsbereich der Elektrode und/oder Stromzuführung.
Die Oxidationsschutzschicht ist bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel zumindest abschnittsweise auf einer Außenumfangsfläche der Elektrode und/oder Stromzuführung angeordnet.
Die Elektroden und/oder Stromzuführungen sind bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel aus Wolfram hergestellt.
Die Oxidationsschutzschicht wird bei einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung eines Stromdurchführungssystems durch ein Lötverfahren, vorzugsweise ein Hartlötverfahren, auf die Elektrode und/oder Stromzuführung aufgebracht, so dass das Lot eine Legierung mit der Elektrode und/oder Stromzuführung bildet. Aufgrund der im Anglasungsbereich aufgebrachten Oxidationsschutzschicht wird eine Oxidbildung im Bereich der Anglasung und damit ein Ausfall der Lampe wirkungsvoll verhindert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer XBO^®-Hochdruckentladungslampe mit einem erfindungsgemäßen Stromdurchführungssystem und
2 eine vergrößerte Darstellung des Details Y der XBO^®-Hochdruckentladungslampe aus 1.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer XBO^®-Hochdruckentladungslampe erläutert, die beispielsweise in Projektionssystemen und Scheinwerfern Verwendung findet. Wie bereits eingangs erwähnt, ist das erfindungsgemäße Stromdurchführungssystem jedoch keinesfalls auf derartige Lampentypen beschränkt.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiseitig gesockelten XBO^®-Hochdruckentladungslampe 1 in Kurzbogentechnik mit einem erfindungsgemäßen Stromdurchführungssystem 2. Diese besitzt ein Entladungsgefäß 4 aus Quarzglas mit einem Innenraum 6 und zwei diametral angeordneten, abgedichteten Kolbenschäften 8, 10, deren freie Endabschnitte jeweils mit einer Sockelhülse 12 versehen sind (die Sockelhülse auf dem linken Kolbenschaft 8 ist nicht dargestellt). In den Innenraum 6 ragen zwei diametral angeordnete Elektroden 14, 16, zwischen denen sich während des Lampenbetriebs eine Gasentladung ausbildet. In dem Innenraum 6 des Entladungsgefäßes 4 ist eine ionisierbare Füllung eingeschlossen, die im Wesentlichen aus hochreinem Xenon besteht. Die Elektroden 14, 16 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils als zweiteiliges Elektrodensystem bestehend aus einer stromzuführenden, stabförmigen Elektrodenhalterung 18, 20 und einer, mit dieser verlöteten, entladungsseitigen Kopfelektrode 22 (Anode) bzw. Kopfelektrode 24 (Kathode) ausgeführt. Gemäß 1 ist der linke Elektrodenkopf 24 zur Erzeugung hoher Temperaturen als kegelförmige Kopfkathode ausgeführt, um einen definierten Bogenansatz und einen ausreichenden Elektronenfluss aufgrund von thermischer Emission und Feldemission (Richardson-Gleichung) zu gewährleisten. Der in 1 rechte Elektrodenkopf 22 ist als thermisch hoch belastete, tonnenförmige Kopfanode ausgeführt, bei der die Abstrahlleistung durch eine ausreichende Dimensionierung der Elektrodengröße verbessert ist. Im Folgenden wird für das zweiteilige Elektrodensystem der allgemeine Begriff Elektrode 14, 16 verwendet. Zur Halterung der Elektroden 14, 16 in dem Entladungsgefäß 4 fin det bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sockelseitig eine Wolframstabeinschmelzung mit Übergangsgläsern und kolbenseitig eine Ventilsitztechnik Verwendung, bei der in den Kolbenschäften 8, 10 abschnittsweise kegelstumpfförmige, in Längsrichtung verschiebbare Stützröllchen 26 aus Quarzglas eingesetzt sind, die über eine an einer auf den Elektroden 14, 16 aufgeschmolzenen Glashülse 28 abgestützte Druckfeder 30 gegen einen etwa kegelförmigen Ventilsitz 32 des Entladungsgefäßes 4 vorgespannt und mit einer axial verlaufenden Durchgangsbohrung 34 zur Aufnahme der Elektroden 14, 16 versehen sind. Die Haltestäbe 18, 20 der Elektroden 14, 16 sind derart in den Durchgangsbohrungen 34 geführt, dass diese in den Innenraum 6 reichen und dort die Elektrodenköpfe 22 bzw. 24 tragen.
Gemäß 2, die eine vergrößerte Darstellung des Details Y aus 1 zeigt, sind auf die Glashülse 28 mehrere Übergangsgläser aufgeschmolzen, die in Richtung des Sockelendes aufgeweitet und zurückgeführt sind (Domeinschmelzung). Durch diesen Aufbau werden die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der Elektroden 14, 16 und des Entladungsgefäßes 4 überbrückt. Die Rückführung durch Übergangsgläser ist notwendig, da nur dann eine ausreichende Stabilität der Entladungslampe 1 erreicht werden kann, wenn im kalten Zustand als auch im Betrieb der Lampe 1 durch den Füllgasdruck lediglich Druck- aber keine Zugspannungen auf das Glas einwirken. Da die Glashülse 28 durch den Luftsauerstoff unter Bildung von Wolframoxid auf den Elektroden 14, 16 abgesprengt werden kann, sind die Elektroden 14, 16 in einem Anglasungsbereich 36 mit einer Oxidationsschutzschicht 38 versehen. Aufgrund der Oxidationsschutzschicht 38 wird eine Oxidbildung im Bereich der Anglasung 36 und damit ein Ausfall der Lampe 1 wirkungsvoll verhindert. Die Oxidationsschutzschicht 38 besteht bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung aus einem Hartlot auf Kupferbasis. Das Hartlot 38 erstreckt sich von außen über eine Länge L von etwa 1 mm unter den Anglasungsbereich 36 der Elektroden 14, 16 und wird derart auf eine Außenumfangsfläche der Elektroden 14, 16 aufgebracht, dass es eine Legierung mit den Elektroden 14, 16 bildet, so dass eine mechanisch und thermisch hochfeste Verbindung der Oxidationsschutzschicht 38 erreicht wird Im Folgenden wird abschließend die Herstellung des Stromdurchführungssystems 2 mit Bezug auf die 1 und 2 beispielhaft erläutert. In einem ersten Arbeitsschritt werden die Elektroden 14, 16 in das Entladungsgefäß 4 eingesetzt und angeglast. Anschließend wird die Oxidationsschutzschicht 38 auf die Elektroden 14, 16 aufgebracht, so dass der Anglasungsbereich 36 zumindest abschnittsweise von dieser unterlaufen wird. Die Oxidationsschutzschicht 38 wird als Hartlot durch ein Hartlötverfahren auf die Elektroden 14, 16 aufgebracht, so dass das Lot eine Legierung mit den Elektroden bildet. Diese Legierungsschicht reicht ca. 1 mm unter die Anglasung 36 und schützt diese wirksam vor Unterkriechen durch Wolframoxid.
Das erfindungsgemäße Stromdurchführungssystem 2 ist nicht auf die beschriebene Hochdruckentladungslampe 1 beschränkt, vielmehr kann das Stromdurchführungssystem 2 für unterschiedliche Lampentypen, beispielsweise Halogenlampen Verwendung finden.
Offenbart ist ein Stromdurchführungssystem 2 für eine Lampe 1, mit zumindest einer in einen Endabschnitt 8, 10 eines Lampengefäßes 4 der Lampe 1 durch eine Anglasung 36 eingebetteten Elektrode 14, 16 und/oder Stromzuführung, wobei die Elektrode 14, 16 und/oder Stromzuführung im Anglasungsbereich 36 zumindest abschnittsweise mit einer Oxidationsschutzschicht 38 versehen ist. Weiterhin offenbart sind eine Lampe 1 mit einem derartigen Stromdurchführungssystem 2 und ein Verfahren zu deren Herstellung.

Claims

Stromdurchführungssystem für eine Lampe (1), mit zumindest einer in einen Endabschnitt (8, 10) eines Lampengefäßes (4) der Lampe (1) durch eine Anglasung (36) eingebetteten Elektrode (14, 16) und/oder Stromzuführung, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (14, 16) und/oder Stromzuführung im Anglasungsbereich (36) zumindest abschnittsweise mit einer Oxidationsschutzschicht (38) versehen ist.
Stromdurchführungssystem nach Anspruch 1, wobei die Oxidationsschutzschicht (38) ein Lot, insbesondere ein Hartlot auf Kupferbasis, Silberbasis oder Messingbasis aufweist.
Stromdurchführungssystem nach Anspruch 2, wobei das Lot (38) eine Legierung mit der Elektrode (14, 16) und/oder Stromzuführung bildet.
Stromdurchführungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oxidationsschutzschicht (38) zumindest abschnittsweise auf einer Außenumfangsfläche der Elektrode (14, 16) und/oder Stromzuführung angeordnet ist.
Stromdurchführungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Oxidationsschutzschicht (38) über eine Länge (L) von bis zu 5 mm unter den Anglasungsbereich (36) der Elektrode (14, 16) und/oder Stromzuführung erstreckt.
Stromdurchführungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektrode (14, 16) und/oder Stromzuführung aus Wolfram ist.
Lampe, insbesondere Hochdruckentladungslampe, mit zumindest einem Stromdurchführungssystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zur Herstellung einer Lampe (1) nach Anspruch 7, mit den Schritten: a) Einsetzen und Anglasen zumindest einer Elektrode (14, 16) und/oder zumindest einer Stromzuführung in ein Lampengefäß (4); b) Aufbringen der Oxidationsschutzschicht (38) auf die Elektrode (14, 16) und/oder Stromzuführung, so dass der Anglasungsbereich (36) zumindest abschnittsweise von dieser unterlaufen wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Oxidationsschutzschicht (38) durch ein Lötverfahren, insbesondere ein Hartlötverfahren, auf die Elektrode (14, 16) und/oder Stromzuführung aufgebracht ist, so dass das Lot eine Legierung mit der Elektrode (14, 16) und/oder Stromzuführung bildet.