Technisches Gebiet

Die Erfindung geht aus von einer Lampe, insbesondere Hochdruckentladungslampe oder Glühlampe, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um Metallhalogenidlampen, Natriumhochdrucklampen oder Halogen¬ glühlampen mit einseitiger Quetschung und keramischem Sockel, aber auch um konventionelle Glühlampen.

Stand der Technik

Aus der EP-A 1 009 013 und dem darin zitierten Stand der Technik ist eine Lampe bekannt, bei der der Sockel aus üblichem keramischen Material besteht. Ein derarti¬ ger Sockel muss entweder mittels Kitt oder mittels eines separaten, die Verbindung bewerkstelligenden Elements wie beispielsweise einer Metallfeder mit dem Kolben verbunden werden. Hinzu kommt aufgrund der schlechten Verarbeitbarkeit der übli¬ chen Keramikmaterialien eine aufwendige Befestigung und Einbringung elektrischer Teile des Sockels. Insbesondere ist die Befestigung der Kontaktelemente und der evtl. Einbau einer Sicherung nur sehr umständlich zu realisieren. Außerdem ist im Falle der Verwendung von Sockelkitt der zeitliche Aufwand wegen des erforderli- chen Ausheizens sehr hoch.

Darstellung der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die einfach und schnell herzustellen ist und trotzdem hohen Belastungen standhält.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen. Grundsätzlich weist die erfindungsgemäße Lampe ein Hüllteil, insbesondere einen Kolben, meist aus Glas, auf. Dieser Kolben ist häufig der Außenkolben einer Entla¬ dungslampe oder einer Halogenglühlampe, der aus Quarzglas oder Hartglas gefer- - tigt ist. Der Begriff Hüllteil ist hier ausdrücklich auch breiter zu verstehen, beispiels- weise im Sinne einer Reflektorkalotte einer Reflektorlampe. Häufig ist der Kolben der einzige Kolben einer Entladungslampe oder Glühlampe. Das Hüllteil besitzt in aller Regel ein oder zwei Enden. Sie können insbesondere zum Verschließen eines Kolbens dienen. Jedoch kommt es auf diese Funktion im erfindungsgemäßem Zu¬ sammenhang nicht an. Wesentlich ist, dass das Ende als Ankerteil für die Befesti- gung des Sockels dient. Dementsprechend sind an dem Ende ein oder zwei Strom¬ zuführungen durch das Hüllteil hindurch nach außen geführt. Erfindungsgemäß ist der Sockel aus Polymer-Keramik gefertigt. Der Begriff Polymer-Keramik meint eine Keramik aus Material, das auch als Polymer-Keramik-Verbundstoff oder Polymer- Matrix-Verbundwerkstoff oder Polymer-Keramik-Komposit bezeichnet wird.

Im allgemeinen ist am Sockel mindestens ein äußerer Kontaktstift befestigt, der die elektrische Verbindung zwischen einer Stromzuführung der Lampe und der Span¬ nungsquelle, die über eine Fassung zugeführt wird, vermittelt. Zu diesem Zweck ist der Kontaktstift mit der zugehörigen Stromzuführung verbunden. Prinzipiell kann der Sockel aus Polymer-Keramik als Bauteil vorab fertiggestellt sein. Besonders bevor- zugt wird aber die Lampe einschließlich der mit den Stromzuführungen bereits ver¬ bundenen Kontaktstifte bis auf den Sockel vorgefertigt und dann erst das Sockelma¬ terial als Spritzgussmasse an die Kontaktstifte angebracht, wobei die Masse die Stifte umspritzt.

Ähnlich verhält es sich mit einer etwaigen im Sockel eingebauten Sicherungsstre- cke. Auch diese kann als Sicherungsbauteil an die bis auf den Sockel fertige Lampe montiert werden und dann nachträglich mit Sockelmaterial umspritzt werden.

Dementsprechend ist es besonders vorteilhaft, wenn der Sockel direkt an das Ende des Kolbens angespritzt wird, wobei insbesondere auch die Kontaktstifte und die etwaige Sicherung in einem Schritt umspritzt werden können.

Das Material des Sockels ist allgemein eine Polymer-Keramik, insbesondere ein Kompositwerkstoff. Dabei kann der Kompositwerkstoff anorganisch, organisch oder eine Mischung aus organischen und anorganischen Komponenten sein. Derartige Stoffe sind an sich beispielsweise aus der Literatur wie dem Lehrbuch Werkstoffe, Springerverlag, ISBN 3540573259, bekannt. Bekannte Werkstoffe sind beispielsweise Carbid- und Nitridwerkstoffe aus anorganischen Polymeren. Die thermische Stabilität von Siliciumcarbonitrid-Keramiken ist sehr hoch.

Das Verfahren zur Herstellung einer Lampe orientiert sich an den gängigen Prinzi¬ pien der Verarbeitung polymerabgeleiteter Keramiken. Ein entscheidender Vorteil ist deren potentiell einfache kunststofftechnologische Verarbeitung zu komplexen Formteilen durch Extrusion oder Spritzguss polymerer Massen sowie durch Kaltbe¬ arbeitung polymerer Formteile. Anschließende Thermolyse ergibt das keramische Bauteil. Die mit der Umwandlung vom Polymer zur Keramik einhergehende Volu¬ menschrumpfung lässt sich durch Zugabe aktiver oder inaktiver Füller gezielt ein¬ stellen. Hervorzuheben ist die ausgezeichnete Hochtemperaturstabilität amorpher Si(B)CN Zusammensetzungen. Sie zeichnen sich durch hohe Oxidations- und Kriechbeständigkeit aus, die Kristallisation erfolgt erst oberhalb von 14000C bis 1600 0C. Die Polymer-Keramik-Transformation spielt bei oben genanntem Verfahren zur Herstellung neuartiger keramischer Werkstoffe eine entscheidende Rolle. Dar¬ über hinaus ist die thermische Stabilität der hergestellten Carbonitride hinsichtlich Zersetzung und Korrosion von Vorteil.

Demgemäss lässt sich der Sockel direkt mit der Sicherung und den Kontaktstiften als fertiger Sockel einschmelzen. Arretierungsbleche als Federelemente wie beim Stand der Technik, bei dem Standardkeramik wie Steatit verwendet wird, sind nicht mehr unbedingt nötig. Der Nachteil von Standardkeramik ist insbesondere, dass darin kein Bauteil eingebettet werden kann. Dagegen kann in Polymer-Keramik ähn¬ lich wie bei normalem Kunststoff sowohl ein Haltemittel als auch Sicherung etc. ein- gebettet werden. Hinzu kommt, dass die Toleranz eines Sockels aus Standardke¬ ramik sehr hoch ist. Sie liegt bei etwa 15 %. Dagegen ist die Toleranz des erfin¬ dungsgemäß en Polymer-Keramik-Sockels erheblich kleiner. Sie liegt unter 1 %.

Die Fertigung kann somit erheblich vereinfacht werden. Bisher musste ein Gestell konfektioniert werden, dann das Gestell mit einem Kolbenrohr bestückt und verbun- den werden, so dass Stromzuführungen nach außen aus dem Kolben heraus rag¬ ten. Dann mussten Verbindungsdrähte an die Stromzuführungen angesetzt und eine etwaige Sicherung montiert werden. Parallel dazu musste der oder die Kontaktstifte in den Sockel eingeführt werden und dort verankert werden, dann der Kolben in den Sockel eingeführt werden und die lampenseitigen Zuleitungen mit den Kontaktstiften verbunden werden, was sehr zeitaufwendig war. Evtl. musste dann eine Kittmasse in den Sockel eingefüllt oder zuvor noch ein Federelement in den Sockel einge¬ bracht werden. Insgesamt ist dieser Ablauf sehr kostenaufwendig und fehleranfällig. Der Ausschuss war bisher beträchtlich.

Demgegenüber kann jetzt ein fertig bestückter Sockel vorab hergestellt werden, indem der Kontaktstift , bzw. mehrere Kontaktstifte, direkt mit dem Material des So¬ ckels umspritzt werden, und dann eventuell eine Sicherung eingelegt wird. Isolier¬ material für die Sicherung kann hierbei entfallen. Besonders vorteilhaft ist der Um- stand, dass aufgrund der im allgemeinen hohen Isolationseigenschaft derartiger Materialien kürzere Sicherungsstrecken möglich sind. Derartige Sockel können also kompakter gebaut werden als übliche Sockel.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Sockel direkt an den Kolben oder die Reflektorhülle angespritzt. Dabei muss das Material des Sockels sorgfältig auf das Material des Hüllteils abgestimmt werden, beispielsweise hinsicht¬ lich der Haftfähigkeit und dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Bei dieser Ausführungsform ist kein zusätzliches Bauteil wie etwa ein Federelement oder So¬ ckelkitt nötig. Der Kolben und der Sockel sind herstellungsbedingt automatisch im¬ mer zueinander zentriert. Die Lampe ist sofort nach der Umspritzung fertig, die Zahl der Fertigungsschritte wird deutlich reduziert, auch die Wärmeableitung im Betrieb der Lampe wird verbessert, verglichen mit herkömmlicher Keramik. Die Automatisie¬ rung wird in jeder Hinsicht vereinfacht.

Besonders bevorzugt sind auch die Kontaktstifte aus dem gleichen oder einem ähn¬ lichen Werkstoff wie der übrige Sockel gefertigt, wobei diese Stifte an den restlichen Sockelkörper angeformt sein können. Diese Stifte sind bevorzugt hohl und können nachträglich innen und/oder außen metallisiert werden. Ein geeignetes Verfahren ist mittels Galvanik oder durch Bedampfen.

Der Sockel kann insbesondere im Mehrkomponenten-Spritzgussverfahren herge¬ stellt werden, wobei für hochbelastete Teile in der unmittelbaren Umgebung des Hüllteils (insbesondere wenn dieses der einzige Kolben ist) ein hochtemperaturbe¬ ständiges Material und für weniger stark temperaturbelastete Teile ein anderes Ma¬ terial verwendet wird. Eine ganz konkrete Ausgestaltung sieht so aus: Die Kontakt- kontur kann alternativ im Mehrkomponenten-Spritzgussverfahren zusammen mit dem restlichen Sockelkörper hergestellt werden, wobei die Kontaktstiftkontur aus leitfähigem Compoundmaterial, beispielsweise einem leitfähigen Cermet, oder auch Polyphenyl-Compound oder Kohlefaserwerkstoff, hergestellt sein kann.

Bevorzugt enthält der Sockel eine integrierte Sicherungsstrecke. Damit ist ein oder auch mehrere zusätzliche Kontaktelemente gemeint, die mit jeweils einem der Kon¬ taktstifte über Sicherungsdrähte verbunden sind.

Das Verfahren besteht im wesentlichen darin, dass zunächst die Kontaktstifte be¬ reitgestellt werden, und anschließend die Kontaktstifte mit dem Vorläufermaterial, wie oben erläutert, des Polymer-Keramik-Materials umspritzt werden. Dieses Grund¬ prinzip kann entweder dazu verwendet werden, um einen separaten Sockel zu ferti¬ gen. In diesem Fall wird der so vorab gefertigte, bereits bestückte Sockel mittels eines Halteelements, bevorzugt ein Federelement, oder auch Kitt mit dem Kolben verbunden.

Ein alternatives Verfahren besteht darin, dass der Sockel mit integrierter Siche¬ rungsstrecke hergestellt wird, und anschließend der Bereich der Sicherungsstrecke bzw. auch ein etwaiger Bereich mit angeformten Kontaktstiften, nachträglich metalli¬ siert wird.

Ein alternatives Verfahren besteht darin, dass zunächst ein erster Sockelgrundkör- per aus einem hochtemperaturbeständigen Material gefertigt wird, und anschießend ein ergänzender Teil aus weniger hochtemperaturbeständigem Material angesetzt wird.

Beim Herstellverfahren lässt sich generell entweder Thermoplast-Spritzgussmasse verwenden. Typische Vertreter dieser Materialklasse sind PEEK (Polyether- Etherketone, PPS (Polyphenylsulfid) oder PPO (Polyphenyloxid). Auch Polyamid kann verwendet werden. Eine andere Technik ist die Verwendung von Duroplast- Spritzpressmassen aus organischen oder anorganischen Zusammensetzungen. Typischer Vertreter ist Bakalite. Hier kommen insbesondere Phenolharze oder Epo¬ xidharze zum Einsatz.

Selbstverständlich können anstatt oder zusätzlich zu den integrierten Kontaktstiften bzw. Sicherungsstrecken zusätzliche Halte- und Federelemente aus Federstahl o- der anderen metallischen oder nichtmetallischen Werkstoffen in den Sockel einge¬ legt oder eingepresst werden. Diese Elemente können bei der Montage der Hüllteils eine abgestufte Rastung in Montagerichtung bewirken sowie eine form- und kraft¬ schlüssige Sicherung gegen entgegensetze Bewegung darstellen. Durch diese Art des Einbringens, insbesondere des Einsteckens, entfällt das Sanden und/oder Kit¬ ten. Erweitert wird diese Montage durch Klemmaufnahmen im inneren Kontaktstift¬ bereich, so dass ein thermisch durchgeführtes Verbinden von Stromzuführung und Kontaktstift entfallen kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Kontaktstifte schon vorher mit dem Kolben verbunden, indem sie beispielsweise mit den äußeren Stromzuführung verschweißt werden. Erst danach wird der Sockel um die Kontaktstifte umspritzt, bevorzugt wird der Sockel dabei auch um das Ende oder ein Ende des Hüllteils um¬ spritzt.

In einer weiteren Ausführungsform wird der Sockel nur teilweise aus Polymer- Keramik hergestellt, und zwar in dem Umfang, dass dieses Material für den an sich bekannten Sockelstein verwendet wird. Dieser kann jetzt direkt am Kolben durch Umspritzen anhaften.

Besonders bevorzugt ist ein Ausführungsbeispiel einer Reflektorlampe, bei der nicht nur der Sockel, sondern auch die Kalotte des Reflektors aus dem Polymer-Keramik- Material gefertigt ist.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf Anwendung des Polymer- Keramik-Materials auf eine Fassung für elektrische Lampen.

Figuren

Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläu¬ tert werden. Es zeigen:

Figur 1 eine Metallhalogenidlampe in Seitenansicht;

Figur 2 die Metallhalogenidlampe vor der Montage des Sockels;

Figur 3 ein Ausführungsbeispiel eines bestückten Sockels; Figur 4 eine Halogenglühlampe mit dem bestückten Sockel aus Figur 3 in Seitenansicht, teilweise geschnitten;

Figur 5 und 6 je ein Ausführungsbeispiel einer Halogenglühlampe in Seitenansicht, teilweise geschnitten;

Figur 7 und 8 je ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Sockels in Seitenansicht, teilweise geschnitten;

Figur 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Halogenglühlampe;

Figur 10 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Halogenglühlampe mit Fas¬ sung.

Beschreibung der Zeichnungen

In Figur 1 ist eine Metallhalogenidlampe gezeigt mit einem Außenkolben 1 aus Hartglas (oder Quarzglas), der eine Längsachse besitzt und einseitig durch eine Quetschung 2 verschlossen ist. An der Quetschung 2, die typisch doppel-T-förmig oder auch I-förmig gestaltet ist, sind zwei Stromzuführungen 3 nach außen geführt. Sie enden in äußeren Kontaktstiften 4, die in einem Sockel 5 aus Polykeramik ein- gesetzt sind. Im Außenkolben ist ein Entladungsgefäß 10 aus Quarzglas oder auch Keramik mit einer Füllung aus Metallhalogeniden eingesetzt. Der Sockel 5 ist an der Quetschung 2 ebenso wie an den Kontaktstiften 4 direkt durch Umspritzen befestigt. Das vom Sockel gehalterte Gefäß kann auch aus Keramik gefertigt sein.

Die Berührsicherheit wird auf ideale, einfachste Weise gewährleistet, indem der So- ekel 5 die Quetschung des Kolbens 1 direkt umgibt, was bisher nicht möglich war, da der Sockel bisher zwangsläufig separat gefertigt wurde und somit in jedem Fall eine Öffnung zur Aufnahme des Kolbens haben musste. Demgemäß musste ein Sicherheitsabstand eingehalten werden, der jetzt nicht benötigt wird, so dass die Lampe kompakter gestaltet werden kann.

Zur Herstellung wird insbesondere zunächst gemäß Figur 2 eine Baueinheit V aus der an sich fertigen Lampe ohne Sockel vorbereitet, deren Stromzuführungen 3 ent¬ gegen der üblichen Technik bereits mit dem Kontaktstiften 4 verbunden sind. Dies geschieht beispielsweise durch Crimpen oder Schweißen. Für die Verbindung mit dem Sockel wird die Lampe mit einer provisorischen Halterung 6 versehen. Diese dient dann als Justierhilfe und Anschlag für das Spritzgusswerkzeug, in das das Vorläufer-Material des Sockels eingefüllt wird.

In Figur 3 ist ein separat gefertigter Sockel 15 gezeigt, der nur die Kontaktstifte 4 umschließt. Auch dieser Sockel ist durch Spritzguss hergestellt, jedoch nur mit den Kontaktstiften 4 als den zu umspritzenden Bauteilen. Danach wird gemäß Figur 4 konventionell der Außenkolben 1 der Lampe am bereits fertigen Sockel 15 mittels eines federnden Halteelements 12 befestigt, ähnlich wie in EP-A 1 009 013.

In Figur 5 ist eine Halogenglühlampe 18 mit Sockel 19 gezeigt, bei der lediglich der Sockelstein 16 aus Polymer-Keramik hergestellt ist. Der Sockelstein umspritzt die Quetschung 2, die als Ende des Kolbens 21 fungiert. Der Sockel 19 wird dadurch fertiggestellt, dass eine an sich bekannte Metallkappe 11 auf dem Sockelstein 16 verankert wird, so dass ein üblicher Bajonettsockel entsteht. In ähnlicher Weise lässt sich auch ein Schraubsockel realisieren.

Figur 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Reflektorlampe 40, bei dem nicht nur der Sockel 48, sondern sogar der am Sockel integral angesetzte Reflektor 43 aus Poly¬ mer-Keramik bestehen. Die Kontaktstifte 45 sind mit einem Teil der Quetschung 46 direkt vom Material des Sockels umschlossen. Im Hals 46 des Reflektors ist ein Kolben 41 , der den Leuchtkörper 47 umschließt, untergebracht. In den Kontaktstif¬ ten 45 enden die Stromzuführungen 42. Eine von ihnen ist mit einer konventionellen Sicherung 44 ausgestattet, die vom Material des Sockels 48 umschlossen ist.

Figur 7 zeigt einen Sockel 29, der mit angeformten hohlen Kontaktstiften 30, 31 als Kontur ausgestattet ist. Des weiteren weist er eine Sicherungsstrecke 32 aus, die mittig zwischen den Kontaktstiften als Trichter angeordnet ist. Der Sockel 29 besteht komplett aus einem einheitlichen Polymerkeramik-Material. Im Bereich der Kontakt- stifte 30, 31 und der Sicherungsstrecke 32 ist jedoch nachträglich eine metallische Beschichtung 33 innenseitig aufgebracht. Im Bereich der Kontaktstifte 30, 31 ist außerdem auch eine Beschichtung 34 außen angebracht.

Figur 8 zeigt einen Sockel 36, der mit angesetzten Kontaktstiften 37, 38 als Kontur ausgestattet ist. Des weiteren weist er eine Sicherungsstrecke 32 wie in Figur 7 auf, die mittig zwischen den Kontaktstiften als Trichter angeordnet ist. Der Sockel 36 besteht, abgesehen von jeweils einem streifenförmigen Bereich 39, der die Kontakt¬ stifte enthält, komplett aus einem einheitlichen hochtemperaturbeständigen nichtlei- tenden Polymerkeramik-Material. Im streifenförmigen Bereich 39, der die Kontakt¬ stifte enthält, ist jedoch ein elektrisch leitendes Cermet verwendet, so dass dort eine metallische Beschichtung entfallen kann. Derartige Cermets sind im Prinzip bei¬ spielsweise in CA-A 1 192 942 beschrieben. Alternativ besteht der Streifen 39 aus Polyphenyl-Compound oder Kohlefaserwerkstoffen mit einem geringen Anteil Metall. Die Sicherungsstrecke 32 weist weiterhin eine Beschichtung 33 auf. Diese Siche¬ rungsstrecke wird einerseits über einen Sicherungsdraht 27 mit einem Kontaktstift und andererseits endet eine der Stromzuführungen (nicht gezeigt) dort. Diese Ver¬ drahtung ist analog wie bei der in Figur 6 gezeigten separaten Sicherung.

Figur 9 zeigt eine Halogenglühlampe 25 als Soffitte. Die an sich bekannten Sockel¬ kontakte 26 sind jetzt aus leitender Polymerkeramik gefertigt und direkt am Kolben angespritzt, wobei sie Stromzuführungen, die aus dem Kolben herausführen, um¬ manteln.

Figur 10 zeigt eine Halogenglühlampe 1 mit einem einfachen Sockel, wie er ähnlich in EP 652 610 oder in EP 897 604 beschrieben ist. Dabei sind die Stromzuführung in geeigneter Weise an der Quetschung 3 des Lampenkolbens umgebogen. Die Fassung 2 ist aus Polymerkeramik hergestellt. Das Material der Fassung ist insbe¬ sondere ein Kompositwerkstoff. Dabei kann der Kompositwerkstoff anorganisch, organisch oder eine Mischung aus organischen und anorganischen Komponenten sein. In Figur 10 ist eine Ausführungsform dargestellt bei der die Fassung aus zwei Teilen 4 und 14 besteht, die aus verschiedenen Werkstoffen der o.e. Klassen be¬ stehen. Selbstverständlich kann auch ein integrale einstückige Fassung aus einem Werkstoff der o.e. Klassen verwendet werden. Aus der Fassung ragen seitlich Zulei¬ tungen heraus.

Die Herstellung der Fassung erfolgt in analoger Weise wie für die Herstellung des Sockels weiter oben beschrieben. Selbstverständlich kann eine derartige Fassung auch zusammen mit einem konventionellen oder neuartigen Sockel wie oben be¬ schrieben zusammen verwendet werden.

Die Herstellung der Fassung erfolgt ähnlich und analog wie in Zusammenhang mit der Herstellung eines Sockels beschrieben. insbesondere a) Bereitstellen von Zuleitungen; b) Umspritzen der Kontaktstifte mit dem Vorläufer des Polymer-Keramik-Materials. Die verschiedenen Sockeltypen, die her beschrieben sind, und die verschiedenen dazu dargestellten Verfahren der Herstellung lassen sich in anaolger Form auch für Fassungen verwenden.