Technisches Gebiet

Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Lampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Lampen sind insbesondere Hochdruckentladungslampen mit Glasgefäß oder auch Halogenglühlampen. Sie sind insbesondere für die Allgemeinbeleuchtung, Automobilbeleuchtung oder fotooptische Beleuchtung anwendbar. Ein weiterer Ansatzpunkt ist ein Herstellverfahren für eine derartige Lampe.

Stand der Technik

Die DE 20 2007 009 118U und die DE-A 10 2005 013 759 offenbart eine elektrische Lampe, bei der die Ausbildung von schädlichen Sprüngen im Glas dadurch verhindert wird, dass der Stromzuführung eine Struktur zugefügt wird, die als Ausgangspunkt für Entlastungssprünge im Glas dienen kann. Dadurch entstehen mittelbar im Glas Mikrosprünge, die große Sprünge, die zur Undichtigkeit führen, verhin- dern.

Ein ähnliche technische Lehre ist in EP-A 1065698 offenbart. Hier wird auch der ganze Folienbereich speziell aufbereitet um die Dichtigkeit zu verbessern.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Elektrische Lampe bereitzustellen, bei der Sprünge im Glas zuverlässig auf einfache Weise vermieden werden. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Herstellverfahren anzugeben für eine derartige Lampe.

Diese erste Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. die zweite Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 8 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.

Gelöst wird ein grundsätzliches Problem, das bei allen innigen Einbettungen von Bauteilen in Glas auftritt: Bedingt durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten können bei Temperaturwechseln Sprünge im Glas entstehen, die zur Zerstörung des Glaskörpers führen können.

In vielen Fällen handelt es sich dabei um Metalleinbet- tungen, oft um Refraktärmetalle in Quarzglas. Beim Einbetten ins Glas wird das Glas zum Schmelzen gebracht, um das Bauteil geformt und wieder abgekühlt. Unterhalb des Erstarrungspunkts (Tg) kann das Glas beim Abkühlen nicht weiter dem stärker schrumpfenden Metall folgen, mit dem es verbunden ist. Das Metall induziert somit im Glas Spannungen, wobei sich die Zugspannungen durch Risse und Sprünge im Glas entlasten..

Die entstehenden Entlastungssprünge können entweder vermieden werden (A) oder in ihrem Schadpotential begrenzt (B), indem versucht wird, eine große Anzahl, verteilter und somit weniger großer Risse zu erzeugen, was den potentiellen Gesamtschaden reduziert. Somit gibt es keine produktzerstörenden Rissgrößen oder -formen mehr.

Beispiele zu (A) sind Trennmittel zwischen Metall und Glas, bekannte Mo-Röllchen auf W-Elektrodenstiften oder eine Art keramischer Strumpf, siehe US 5107177.

Beispiele zu (B) ist eine Wolfram-Wendel um einen Kernstift, um das Sprungbild zu kontrollieren, siehe DE-A 10 2004 057 906. Mit einem geeigneten fokussierten Laser (z.B. Nd:Yag) kann unterhalb von Tg eine Struktur von Mikrosprüngen in das Glas eingebracht werden. Bekannt sind solche Mikro- sprungstrukturen z.B. durch 3D Bilder in Glasquadern, die als Geschenkartikel angeboten werden. Eine solche Belegung mit Mikrosprüngen nahe der im Glas eingebetteten Bauteiloberflächen führt zu einer sehr gleichmäßigen Entlastung der Zugspannungen im Glas. Wird die Dichte der Mikrosprünge sehr hoch, kann das Bauteil teilweise oder sogar gänzlich von der umgebenden Glasmasse getrennt werden. Dabei ist es auch möglich, den Fokus des Lasers direkt auf der Oberfläche des eingebetteten Bauteils zu lokalisieren. Die Wahl der Mikrocrack-Struktur hängt dabei im Einzelfall ganz von der Geometrie des eingebetteten Bauteils ab und folgt dieser.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden für die Vermeidung von makroskopischen Sprüngen im einbettenden Glas keine zusätzlichen Bauteile benötigt, Dadurch fallen nicht nur deren Kosten fort, auch wird die Bearbeitung erleichtert, potentielle Fehlerquellen fallen fort und es werden zudem Bauteilgeometrien von Glas abtrennbar, welche aufgrund ihrer Formgebung nicht mit abtrennenden Zusatzbauteilen erreicht werden können.

Das Lampengefäß besteht typisch aus Quarzglas oder Vycor oder einem Glas mit relativ hohem SiO2-Anteil oder auch Hartglas, wie an sich aus dem Stand der Technik bekannt. Die Abdichtung des Lampengefäßes ist entweder als Einschmelzung oder Quetschung ausgeführt, auf die genaue Art der Abdichtung kommt es hier nicht. Vielmehr ist ent- scheidend, dass das Stromzuführungssystem einen Stift oder Elektrodenschaft umfasst, der von der Abdichtung aus in das Innere des Kolbens hineinragt. Dieser ist für die Dichtigkeit besonders kritisch. Aus diesem Grund wird eine Sprünge im Glas verhindernde Struktur im Bereich dieser ganz allgemein gesprochen inneren Stromzuführung an- gewendet. Die Verhinderungsstruktur umgibt dabei strumpf- artig die innere Stromzuführung. Die Verhinderungsstruktur ist jedoch primär im Glas selbst erzeugt. Sie wird bevorzugt als Störzentrum im Glas mittels Laserbeschuss erzeugt. Die Struktur besteht aus einzelnen punkartigen Störzentren, die durch Fokussierung des Laserstrahls hergestellt worden sind. Die Störzentren sind dabei bevorzugt in einer periodischen Struktur nahe der innere Stromzuführung angeordnet. Dabei sollte der Abstand der Störzentren von der innere Stromzuführung maximal 500 μm betragen. Die Länge der Struktur sollte mindestens 1 mm betragen. Bevorzugt kann die Struktur aber einen wesentlichen Teil der axialen Länge der innere Stromzuführung umschließen, insbesondere mindestens 50% der Länge.

Bevorzugt ist die Struktur strumpfartig ein Array von Störzentren, die regelmäßig in Zeilen und Spalten um die innere Stromzuführung herum radial und axial angeordnet sind. Insbesondere ist dabei der Abstand der einzelnen Störzentren sowohl in radialer als auch axialer Richtung in etwa gleich. Das Muster der Störzentren kann auch spi- ralartig um die innere Stromzuführung herumgewunden sein. Die Ausdehnung eines Störzentrums ist bevorzugt maximal etwa 0,1 mm. Der maximale Abstand zwischen den Störzentren sollte insbesondere etwa 200 bis 600 μm betragen, bevorzugt sollte er 0,35 mm nicht überschreiten. Bei der Herstellung der Verhinderungsstruktur ist es im Prinzip möglich, sowohl während als auch nach dem Her- stellen der Abdichtung die Störzentren anzubringen Jedoch ist es erheblich vorteilhafter, die Störzentren gerade dann herzustellen, wenn bei der Herstellung der Abdichtung in der Abkühlphase bei einer Temperatur unter- halb von Tg die unterschiedlichen Kontraktionen der Materialien noch keine Spannung im Glas aufgebaut haben, die dessen lokale Materialfestigkeit überschreiten. Die Temperatur sollte aber bevorzugt noch oberhalb von 100 ⁰ C liegen. In der Praxis hat sich insbesondere ein Bereich von etwa 200 bis 600 ⁰ C für das erkaltende Glas bewährt.

Die Herstellung erfolgt durch gepulstes Einwirken eines fokussierten Lasers, für dessen Wellenlänge das Glas geringe Absorption zeigt, beispielsweise eines Nd:YAG- Lasers . Dagegen ist beispielsweise ein CO2-Laser ungeeig- net.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Die Figuren zeigen :

Figur 1 ein Entladungsgefäß für eine Hochdruckentla- dungslampe;

Figur 2 eine neuartige Verhinderungsstruktur im Detail;

Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer neuartigen Verhinderungsstruktur;

Figur 4 eine Detaildarstellung eines Quetschungsbe- reichs ohne Verhinderungsstruktur als Stand der Technik ;

Figur 5 eine Detaildarstellung eines Quetschungsbereichs mit Wendel als Verhinderungsstruktur als Stand der Technik; Figur 6 eine Detaildarstellung einer neuartigen Verhinderungsstruktur in Draufsicht (6a) und Seitenansicht (6b) ;

Figur 7 eine Detaildarstellung eines weiteren Ausfüh- rungsbeispiels einer neuartigen Verhinderungsstruktur;

Figur 8 eine Detaildarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer neuartigen Verhinderungsstruktur .

Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung Figur 1 zeigt schematisch ein Entladungsgefäß 2 aus Quarzglas für eine Metallhalogenidlampe 1, in das zwei Elektroden 3 eingeführt sind. Das Entladungsgefäß hat einen zentralen Teil 5 und zwei Enden 4. An den Enden sitzen zwei Abdichtungen 6, die als Einschmelzungen oder Quetschungen ausgeführt sind. Bevorzugt ist das Entladungsgefäß und die Abdichtungen integral aus einem Material wie Quarzglas hergestellt.

Das Entladungsgefäß 2 kann von einem Außenkolben umgeben sein, an dem ein Sockel sitzt, wie an sich bekannt. Ein Stromzuführungssystem vermittelt eine elektrische Verbindung von einem Leuchtmittel im Innern des Kolbens, hier zwei Elektroden, nach außen.

Das Stromzuführungssystem besteht aus einer inneren Stromzuführung 8, einer Mo-Folie 9, die die eigentliche Dichtigkeit erzielt, sowie einer äußeren Stromzuführung 10.

Erfindungswesentlich ist hier der Bereich, der mit einem Kreis hervorgehoben ist. Als Zuleitung wird hier die innere Stromzuführung 8 angesehen. Figur 2 zeigt ein Detail mit der inneren Stromzuführung 8. Dabei sind in unmittelbarer Nähe der inneren Stromzuführung 8 regelmäßig durch Laserbeschuss Störzentren 13 gebildet, von denen Mikrosprünge 15 ausgehen. Ihr axialer Abstand von der innere Stromzuführung beträgt etwa 200 μm. Der gewünschte Abstand hängt vom Typ der Lampe ab und liegt maximal bei etwa 30% der bedeckenden Glasdicke. Insbesondere sollten die Störzentren so nah wie möglich an die innere Stromzuführung 8 gesetzt werden. Bevorzugt ist eine Anordnung gemäß Figur 3, wo der Abstand der Störzentren zueinander und auch zur innere Stromzuführung 8 möglichst gering ist, so dass sie strumpfartig einen Teil der axialen Länge der innere Stromzuführung umgeben. Dabei kann ein regelmäßiges Array von Störzentren erzeugt werden. Es können aber auch gemäß Figur 6 einzelne axiale Linien 18 oder einzelne radiale Kreise oder Teilkreise 19 um die innere Stromzuführung erzeugt werden.

Außerdem können auch spiralig gewundene Strukturen 20 wie Perlen an einer Schnur erzeugt werden und zwar eine oder mehrere, je nach gewählter „Steigung" dieser wendelartig um die Zuleitung geführten Struktur, siehe Figur 7.

Gemäß Figur 6 kann diese Verhinderungsstruktur 21 auch im Bereich der Stelle aufgebracht werden, wo die innere Stromzuführung mit der Folie 9 verschweißt ist. Sie ist eher halbschalenförmig über dem Ende der innere Stromzuführung angebracht. Zudem sind hier einzelne axiale Linien 18 entlang der innere Stromzuführung dargestellt.

Die induzierte Sprungstruktur kann durchaus einen gewis- sen Abstand zum Metall haben, die einzelnen Mikrosprünge sollen aber noch die Wirkung haben, die durch die Glas- spannungen entstehenden Sprünge zu kanalisieren ähnlich wie eine Kernstiftwicklung, die dann nicht über eine größere räumliche Ausdehnung eine Schadwirkung entfalten.

Die Ausführungsform der Figur 3 schirmt dagegen das Me- tall der inneren Stromzuführung 9 in einem gewissen Bereich vollständig durch eine dichte Struktur der Mikro- sprünge und Störzentren ab.

Es ist durchaus möglich, den Laser so einzustellen, dass er die innere Stromzuführung nicht strukturiert. Tech- nisch gesehen ist es allerdings einfacher, direkt auf die eingebettete Oberfläche der Zuleitung zu fokussieren, da die Laserstrahlung auch bei leichter Fehl-Fokussierung dann dort in Form eines Mikroplasmas / lokaler Überhitzung an der gewünschten Stelle dicht über der Oberfläche der Zuleitung den Mikrosprung als Störzentrum im Glas ausbildet. Das Metall wird dabei kaum verändert.

Dabei kann beispielsweise ein scharf fokussierter Nd:YAG-Laser derartige Strukturen direkt nach dem Einbetten ins Quarzglas erzeugen, sobald das Quarzglas erstarrt ist und bevor die zufälligen Sprünge entstehen können. Daraus resultiert die Anforderung, dass die Bearbeitungstemperatur T des Glases unterhalb Tg liegt, insbesondere wenigstens 5% unterhalb Tg, wenn Tg in Kelvin gemessen wird. Eine bevorzugte Untergrenze ist 30% von Tg. Im Prinzip kann man zwar mit der Laserbehandlung bis vollständigen Abkühlung des Glases warten, doch kann dann nicht ausgeschlossen werden, dass sich bereits ungezielt Mikrosprünge gebildet haben, was die Wirksamkeit der hier vorgestellten Behandlung mindern würde. Mit einer ausreichend dichten Struktur von Mikrosprüngen lässt sich die Zuleitung, also meist die innere Stromzu- führung bzw. der Elektrodenstift, in genau definierter Form vom umgebenden Quarz abkoppeln, beim weiteren Abkühlen entstehen keine Spannungen mehr im Quarz, die das Produkt gefährden. Die Anwendung der Maßnahme sollte also direkt während der Abkühlphase oder kurz danach erfolgen.

Die entstehende Struktur zeigt eine Regelmäßigkeit in der Sprungstruktur und der Form der Mikrosprünge . Diese unterscheiden sich von den zufälligen Sprüngen erkennbar. Der einzelne Mikrosprung ist sehr klein und eher radial von einem Punkt (als Fokus des Lasers oder Störzentrum verstanden) ausgehend, der entlastende Spannungsriss 29 ist dagegen ein einzelner großer Sprung.

Figur 4 zeigt im Unterschied dazu die unkontrollierten Entlastungssprünge 30 ohne jegliche Verhinderungsstruk- tur.

Figur 5 zeigt die Entlastungssprünge 31, die sich ausbilden, wenn als Verhinderungsstruktur eine Wendel 32 verwendet wird wie an sich bekannt.

Es sei nochmals klargestellt, dass als Leuchtmittel so- wohl eine Wendel als auch das Gas zwischen zwei Elektroden in Frage kommt.

Figur 8 zeigt die Detailaufnahme eines bei der Serienfertigung gezielt erzeugten Mikrosprungs . Er erinnert an einen dreidimensionalen, unregelmäßig geschnittenen Weih- nachtsstern.

Der Abstand der Mikrosprünge voneinander muss nicht regelmäßig sein, er kann insbesondere innerhalb eines Toleranzbandes schwanken.

Insbesondere gilt, dass die Mikrosprünge von der Zulei- tung maximal 30% der bedeckenden Glasdicke oder alterna- tiv maximal 100 μm beabstandet sind. Des Weiteren gilt bevorzugt, dass der Durchmesser eines als Störzentrum im Glas aufzufassenden Mikrosprungs maximal 25% der bedeckenden Glasdicke oder alternativ maximal 200 μm beträgt. Wesentliche Merkmale der Erfindung in Form einer numerierten Aufzählung sind:

1. Elektrische Lampe mit einem Kolben aus Glas, der ein Volumen umgibt, wobei Leuchtmittel sich in das Volumen erstrecken, und wobei eine Füllung, die insbeson- dere Metallhalogenide enthält, im Volumen untergebracht ist, wobei das Leuchtmittel zumindest mittels einer Zuleitung in der Wand des Kolbens befestigt und dort abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der axialen Länge der Zuleitung innerhalb der Wand von einer Verhinderungsstruktur, die im Glas selbst vorliegt, umgeben ist.

2. Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Verhinderungsstruktur gezielt eingebrachte Mikrosprünge im Glas sind. 3. Elektrische Lampe nach Anspruch 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Mikrosprünge axial regelmäßig beabstandet hintereinander angeordnet sind.

4. Elektrische Lampe nach Anspruch 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Mikrosprünge radial regelmäßig beabstandet um die Zuleitung angeordnet sind.

5. Elektrische Lampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrosprünge hülsenartig regelmäßig beabstandet in radialer und axialer Richtung um die Zuleitung angeordnet sind. 6. Elektrische Lampe nach Anspruch 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Mikrosprünge von der Zuleitung maximal 30% der bedeckenden Glasdicke oder alternativ maximal 100 μm beabstandet sind. 7. Elektrische Lampe nach Anspruch 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Durchmesser eines als Störzentrum im Glas aufzufassenden Mikrosprungs maximal 25% der bedeckenden Glasdicke oder alternativ maximal 200 μm beträgt . 8. Verfahren zur Herstellung einer Verhinderungsstruktur bei einer elektrischen Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Erhitzen und Verschließen des Kolbens ein Abkühlen des Abdichtungsbereichs, der die Zuleitung enthält, auf eine Temperatur von weniger als Tg des Glases, abgewartet wird, und anschließend der Umgebungsbereich zumindest eines Teils der Zuleitung mit einer Verhinderungsstruktur versehen wird, indem ein geeignet fokussierter Laser auf diesen Umgebungsbereich gerichtet wird.