Be s ehre ibung

Einschmelzfolie,

Verfahren zu deren Herstellung und Lampe mit einer derartigen Folie

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Einschmelzfolie gemäß dem Oberbegriff des Patentanspru ^¬ ches 1, eine nach einem derartigen Verfahren hergestellte Folie gemäß dem Oberbegriff des nebengeordneten Patentanspruches 9 und eine Lampe mit einer derartigen Folie ge ^¬ mäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 11.

Stand der Technik

Gattungsgemäße Lampen, beispielsweise Halogenlampen, Ent ^¬ ladungslampen, Hochdruckentladungslampen haben ein Lampengefäß, auch Brenner genannt, in dem ein Leuchtmittel, beispielsweise eine Wendel oder - bei Entladungslampen - Elektroden aufgenommen sind. Die dem Leuchtmittel zuge- ordneten Stromzuführungen erstrecken sich je nach Lampentyp beispielsweise durch eine Quetschung, Einschmelzung oder eine Einschmelzquetschung des Lampengefäßes hindurch. Diese Einbettungsverfahren sind hier synonym zu verstehen und werden im Folgenden nur noch Einschmelzung genannt. Eine Direkteinschmelzung der üblicher Weise aus Molybdän oder Wolfram bestehenden Stromzuführungen in das Glas (Quarz) ist nur schwierig mit der erforderlichen Dichtheit durchzuführen, da sich die Ausdehnungskoeffi ^¬ zienten dieser Materialpaarung erheblich unterscheiden.

üblicher Weise wird daher im Bereich der Dichtung eine dünne Molybdän-Folie, im Folgenden Einschmelzfolie ge ^¬ nannt - eingeschmolzen, die einerseits mit einer inneren, leuchtmittelseitigen Stromzuführung und andererseits mit einer sich aus dem Lampengefäß/Brenner heraus erstreckenden äußeren Stromzuführung verschweißt ist. Diese Folie ist dann nach dem Verschließen des Lampengefäßes mittels einer Einschmelzeinheit vollständig im Quarzglas des Lam- pengefäßendes eingebettet, so dass die Stromdurchführung, bestehend aus den Stromzuführungen und der Folie gasdicht im Lampengefäßende eingeschmolzen ist. Diese Folieneinschmelzungen erfüllen somit zwei unterschiedliche Funkti ^¬ onen: Sie dienen einerseits zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den inneren und äuße- ren Stromzuführungen und andererseits gewährleisten sie einen gasdichten Verschluss des Lampengefäßes, da die Re ^¬ lativausdehnung zwischen der Folie und dem Quarzglas so gering ist, dass es üblicher Weise zu keiner Ablösung in der Grenzschicht zwischen der Folie und dem Quarz kommt.

Derartige Folieneinschweißungen sind beispielsweise aus der DE 10 2005 013 759 Al, der DE 2005 034 673 Al oder der DE 10 2004 061 736 Al bekannt. Die Stromzuführungs- Folien werden üblicher Weise von einem Folienband abgeschnitten und besitzen daher eine etwa rechteckige Grund- fläche, die durch zwei Seitenkanten - vorgegeben durch die Bandbreite - und zwei senkrecht dazu verlaufenden Schnittkanten begrenzt ist.

Bedingt durch den Verschleiß oder konstruktionsbedingter

Ungenauigkeiten des Schneid-/Stanzwerkzeuges kann es ent- lang dieser Schnittkanten zu einer Gratbildung oder zu unsauber geschnittenen Folienkanten kommen, so dass diese

Störstellen beim Einschmelzen eine Undichtigkeit der Stromdurchführung und somit einen Totalausfall der Lampe verursachen können.

Zum Schneiden der Einschmelzfolie kommen verschiedene Formen von Hartmetallmessern zum Einsatz, die jedoch auch einem Verschleiß unterworfen sind. Es ist weiterhin bekannt, zum Schneiden von Blechen, Drähten, Stiften, etc. Laser, insbesondere Kurzpuls-Laser zu verwenden - auch bei der Verwendung derartiger Schneidverfahren kommt es zu Aufwerfungen aufgrund von erstarrter Schmelze oder zu Graten oder sonstigen Schneidfehlern, die beim Einsatz der Lampe zu Undichtigkeiten führen können.

Zur Vermeidung von Undichtigkeiten ist es aus der US 4,587,454 bekannt, durch Sandstrahlbehandlung vorbehan- delte Molybdänfolien zu verwenden.

In der DE 29 47 230 wird vorgeschlagen, zur Verringerung der Lampenausfallrate die Molybdänfolien mit einem Yttriumoxidzusatz im Bereich von 0,25 bis 1 Gewichtsprozent zu legieren .

In der GB 1,594,976 ist ein Verfahren offenbart, bei der die Foliendicke ausgehend von der Folienmitte in Richtung der Seitenkanten stetig abnimmt, wobei die Folie im Be ^¬ reich der Schnittkanten mittels eines ätzverfahrens vor ^¬ behandelt wird.

In der EP 0 884 763 Bl wird eine Molybdänfolieneinschmel ^¬ zung beschrieben, bei der die Schnittkante durch ein Walzverfahren keilförmig zugespitzt werden, um die Neigung zur Rissbildung während des Betriebs der Lampe zu verringern. Des Weiteren ist die bekannte Molybdänfolien-

einschmelzung parallel zu den Schnittkanten mit einem lanzettförmigen Querschnitt ausgeführt, so dass durch die konvex gewölbte Oberfläche die mechanische Spannung in der Molybdänfolieneinschmelzung verringert wird.

Nachteilig an den oben beschriebenen Lösungen ist, dass ein erheblicher verfahrenstechnischer Aufwand zur Ausbildung oder Nachbehandlung der Schnittkanten der Stromzu- führungs-Folien erforderlich ist.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Ver- fahren zum Herstellen einer Einschmelzfolie, eine nach einem derartigen Verfahren hergestellte Folie und eine mit einer derartigen Folie ausgeführte Lampe zu schaffen, wobei die Folie mit geringem vorrichtungstechnischem Aufwand herstellbar ist und die Betriebssicherheit der Fo- lieneinschmelzung gegenüber herkömmlichen Lösungen verbessert ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1, eine Einschmelzfolie mit den Merkmalen des Patentanspruches 9 und eine Lampe gemäß dem nebenge- ordneten Patentanspruch 11.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Patentansprüchen.

Erfindungsgemäß wird vor dem Abtrennen einer Einschmelzfolie von einem Folienrohling, beispielsweise einem Fo- lienband, eine Schwächungszone in einem Trennbereich aus ^¬ gebildet und die Folie dann entlang dieser Schwächungszo ^¬ ne abgetrennt.

Durch das Ausbilden dieser Schwächungszone kann das Ab ^¬ trennen der Folie mit vergleichsweise geringem Aufwand erfolgen, wobei die Schwächungszone den Trennverlauf und somit die gratfreie Schmalseitenkantengeometrie der Folie vorgibt .

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die Folie auf äußerst einfache Weise, beispielsweise durch eine Art „Zerreißen" abzutrennen, indem etwa quer zur Schwächungszone eine Zugspannung aufgebracht wird, so dass die Folie bei überschreiten der Streckgrenze entlang des vorgegebe ^¬ nen Verlaufes vom Folienrohling abgetrennt wird. Für die ^¬ sen Trennvorgang sind keine aufwendigen, verschleißanfälligen Werkzeuge erforderlich. Durch dieses „Abreißen" der Folie und das damit einhergehende überschreiten der Streckgrenze werden die entsprechenden Seitenkanten der Folien vorzugsweise verjüngt, wobei praktisch keinerlei senkrecht zur Foliengroßflache verlaufende Unregelmäßig ^¬ keiten, wie Grate auftreten. Die etwa in der Folienebene liegenden, beim „Zerreißen" entstehenden Unregelmäßigkei- ten wirken sich eher vorteilhaft beim Einschmelzen oder Quetschen der Folie aus. Durch dieses Zerreißen kann die betreffende Folienseitenkante makroskopisch gesehen leicht ausgefasert werden, so dass das Einbetten der Fo ^¬ lie in die Einschmelzung zusätzlich unterstützt wird.

Die eingangs genannte Schwächungszone kann mechanisch, beispielsweise durch Prägen ausgebildet werden.

Prinzipiell ist es auch möglich, diese Schwächungszone durch einseitigen oder beidseitigen Materialabtrag auszubilden. Als Materialabtragsverfahren können dabei die hinlänglich bekannten Verfahren, wie beispielsweise span-

abhebende Bearbeitung, thermischer Materialabtrag, chemischer Materialabtrag oder dergleichen verwendet werden.

Als thermische Abtragsverfahren kommen beispielsweise das Beaufschlagen mit hochenergetischer Strahlung, beispiels- weise Laserstrahlung, Plasmastrahlung, Elektronen- /Ionenstrahlabtragen oder Erodieren in Frage.

Alternativ kann die Schwächungszone auch durch Gefügeumwandlung im Trennbereich ausgebildet werden.

Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, wenn die Folie aus Mo- lybdän besteht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

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

Figur 1 eine Teildarstellung einer Folieneinschmelzung einer Entladungslampe;

Figur 2 eine Prinzipdarstellung eines Verfahrens zum Abtrennen einer Folie von einem Folienrohling;

Figur 3 Verfahrensschritte eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Einschmelzfolie;

Figur 4 ein alternatives Verfahren zur Herstellung einer Einschmelzfolie durch Materialabtrag;

Figur 5 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer Einschmelzfolie durch Gefügeumwand ^¬ lung und

Figur 6 Ausführungsbeispiele für Foliengeometrien.

Bevorzugte Ausführungen der Erfindung

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel einer Entla ^¬ dungslampe erläutert. Wie jedoch bereits eingangs ausge ^¬ führt, ist die Anwendung der Erfindung nicht auf derarti ^¬ ge Entladungslampen oder Hochdruckentladungslampen be- grenzt sondern prinzipiell bei allen Lampentypen einsetzbar, bei denen eine Folieneinschmelzung als Stromdurchführung Verwendung findet .

Figur 1 zeigt eine Teildarstellung einer Hochdruckentladungslampe 1 - auch Brenner genannt. Diese hat ein Entla- dungsgefäß 2, an dessen Endabschnitten jeweils ein Schaft 4 ausgebildet ist, über den durch eine Einschmelzung der Innenraum des Lampengefäßes 2 abgedichtet ist. In dem In ^¬ nenraum 6 des Entladungsgefäßes 2 ist eine ionisierbare Füllung eingeschlossen, die beispielsweise aus hochreinem Xenongas und mehreren Metallhalogeniden besteht. In diesen Innenraum 6 ragen zwei Elektroden, zwischen denen beim Betrieb der Lampe der Entladungsbogen verläuft. Die in Figur 1 nicht dargestellten Elektroden werden jeweils von einem Elektrodenstab 8 getragen, dessen einer Endab- schnitt in den Innenraum 6 hineinragt und dessen anderer Endabschnitt in den Bereich der Einschmelzdichtung des Brennerschaftes 4 hineintaucht. Dieser Endabschnitt des Elektrodenstabes 8 ist über eine Molybdänfolie 10 mit ei ^¬ ner äußeren Stromzuführung 12 verbunden. Diese Molybdän- folie 10 hat in der Darstellung gemäß Figur 1 eine gerade Schnittkante senkrecht zur Folienlängsachse, wobei die Stromzuführung 12 und der Elektrodenstab 8 im Bereich der kürzeren Seitenkanten mit der Molybdänfolie 10 verschweißt sind und etwa koaxial zueinander verlaufen. Wie in Figur 1 angedeutet, hat die Molybdänfolie 10 keinen

rechteckförmigen Querschnitt sondern einen leicht lanzettförmigen Querschnitt, der durch elektrolytischen Abtrag erhalten wird. Diese Lanzettform ist in der Darstel ^¬ lung gemäß Figur 1 zur Verdeutlichung etwas übertrieben dargestellt.

Die in Figur 1 dargestellte Molybdänfolie 10 wird von ei ^¬ nem Folienband abgetrennt, wobei die Abtrennung entlang der Schmalseiten 14, 16 erfolgt. Die beiden längeren Längskanten 18, 20 sind durch die Breite des Folienbandes vorgegeben. Bei der Fertigung wird die Molybdänfolie 10 entsprechend des Lampentyps vom Folienband abgelängt, wo ^¬ bei erfindungsgemäß ein besonderes Verfahren verwendet wird, das anhand der Figuren 2 bis 5 erläutert wird.

Der Durchmesser der Stromzuführung 12 und des Elektroden- Stabes 8 ist wesentlich größer als die Foliendicke. Bei der Verwendung einer Lanzettform beträgt die maximale Dicke der Folie (senkrecht zur Zeichenebene in Figur 1) beispielsweise etwa 1/100 bis 1/50 der Folienbreite (quer zur Achse der Stromzuführung 12) . Weitere Erläuterungen zum Aufbau der Entladungslampe 1 sind entbehrlich, da dies für die Erfindung unwesentlich ist.

Wie bereits vorstehend ausgeführt, wird die Molybdänfolie 10 von einem Folienband 22 oder einem sonstigen Folienrohling abgelängt. Erfindungsgemäß erfolgt dies jedoch nicht - wie beim Stand der Technik - durch ein Schneid-, Stanzverfahren oder durch Abkanten, sondern es wird zunächst gemäß Figur 2 eine Schwächungszone 24 ausgebildet und in einem sich daran anschließenden Arbeitsgang durch Aufbringen einer Zugspannung die Molybdänfolie 10 (Ein- schmelzfolie) vom Folienband 22 abgetrennt. Diese Zug-

Spannung wird durch die in Figur 2 angedeuteten Zugkräfte F aufgebracht, die in entgegengesetzter Richtung an der Folie angreifen. Erfindungsgemäß ist diese Zugspannung so ausgelegt, dass das Folienmaterial im Bereich der Schwä- chungszone 24 über die Streckgrenze hinaus belastet wird und entsprechend abreißt, wobei der Rissverlauf durch die Schwächungszone 24 vorgegeben ist. Durch die plastische Verformung vor dem überschreiten der Streckgrenze wird die entsprechende Schmalseite, in der Darstellung gemäß Figur 2 die Schmalseite 16, verjüngt bis ein vergleichs ^¬ weise schmaler Steg 26 stehen bleibt, durch den dann der Riss 28 verläuft. Der sich kurz vor dem Abreißen einstellende Zustand des Folienbandes 22 ist in Figur 2 gestri ^¬ chelt dargestellt.

Nach überschreiten der Streckgrenze wird die Molybdänfo ^¬ lie 10 vom Folienband 22 abgetrennt, so dass sowohl an der Schmalseite 16 der Molybdänfolie 10 als auch an der verbleibenden Risskante 30 des Folienbandes 22 das sich verjüngende Querschnittsprofil mit einem Teil des Steges 28 ausbildet. Der Riss muss nicht exakt gradlinig verlau ^¬ fen und kann etwas „ausfasern", wodurch die Einbettung der Molybdänfolie 10 in den Brennerschaft 4 verbessert ist. Wie bereits erwähnt, kann diese Schwächungszone 24 beidseitig oder auch einseitig ausgebildet werden. Wich- tig ist, dass diese Schwächungszone 24 so ausgeführt wird, dass die Ausbreitungsrichtung des Risses beim Auf ^¬ bringen der Zugspannung vorgegeben ist und sich die gewünschte Foliengeometrie einstellt.

Zum Ausbilden der Schwächungszone 24 besteht eine Viel- zahl von Möglichkeiten. Figur 3 zeigt eine Variante, bei der die Schwächungszone 24 am Folienband 22 durch Prägen

ausgeformt wird, wobei die Schwächungszone 24 durch einen entsprechend ausgebildeten Prägestempel 32 ausgebildet ist, der das auf einer Matrize 34 abgestützte Folienband 22 beaufschlagt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Schwächungszone 24 etwa V-förmig mit einer hori ^¬ zontalen, den Steg 26 begrenzenden Basis ausgeführt, prinzipiell können zur Beeinflussung des Rissverhaltens, beispielsweise zu einer Beschleunigung der Rissausbrei- tungsgeschwindigkeit spitzere Schnitte vorgesehen werden, so dass die Kerbspannungen am Kerbgrund erhöht sind.

Nach dem Ausbilden der etwa V-förmigen Schwächungszone 24 wird die Zugspannung aufgebracht, wobei die Zugkräfte F etwa in der Folienebene liegen, so dass dann die Molyb ^¬ dänfolie 10 entlang des Steges 26 vom Folienband 22 ab- reißt. Dabei kann sich die V-förmige Schwächungszone 24 - wie in Fig. 2 dargestellt - erweitern.

Beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel erfolgt das Prägen einseitig, selbstverständlich kann auch eine beidseitige Prägung - ähnlich wie beim anhand von Figur 2 er- läuterten Ausführungsbeispiel - vorgesehen werden.

Anstelle einer Umformung kann die Schwächungszone 24 auch durch Materialabtrag ausgebildet werden.

Zum Materialabtrag können hier prinzipiell alle bekannten Verfahren, beispielsweise ein spanabhebendes Verfahren, ein chemisches Verfahren (ätzen) , ein thermisches Verfahren, wie beispielsweise die Beaufschlagung mit energeti ^¬ scher Strahlung (Laser, Plasma, Elektronen- strahl/Ionenstrahl) oder Erodieren verwendet werden.

Bei dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt entsprechend die Ausbildung der Schwächungszone 24 durch Materialabtrag mittels eines Laserstrahls 36, wobei beispielsweise ein Ultrakurzpuls-Laser mit einer Pulslän- ge im Bereich von ICT ¹⁵ Sekunden bis ICT ⁹ Sekunden verwendet werden kann. Selbstverständlich sind auch andere Laserarten einsetzbar. Die Schwächungszone 24 kann prinzipiell durchgängig oder in Form einer Perforation ausgebildet werden. Wie beim zuvor beschriebenen Ausführungs- beispiel kann die Schwächungszone 24 einseitig oder aber auch beidseitig ausgeführt sein.

Nach dem Ausbilden der beliebig ausgebildeten Schwächungszone 24 wird das Folienband 22 wiederum mit einer Zugspannung beaufschlagt bis die Einschmelzfolie 10 ent- lang der Schwächungszone 24 abreißt, wobei eine konisch zulaufende, gratfreie Schmalseite 16 entsteht. An dem Fo ^¬ lienband 22 entsteht - wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen - eine entsprechend ausgeformte Kante 30, die dann beim Abreißen der nächsten Einschmelz- folie 10 deren Schmalseite 14 ausbildet.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Schwächungszone 24 entweder mechanisch oder durch energetische Beaufschlagung ausgebildet, wobei der Rissverlauf durch die Geometrie der Schwächungszone 24 vorgegeben ist.

Figur 5 zeigt eine Variante, bei der die Schwächungszone 24 nicht durch Abändern der Foliengeometrie ausgebildet wird, sondern bei der die Schwächungszone 24 durch Gefü ^¬ geveränderung ausgeführt wird. D.h. die Schwächungszone 24 wird durch eine gezielte Gefügeumwandlung ohne geomet-

rische änderung ausgebildet. Diese Gefügeumwandlung kann beispielsweise durch Einwirken eines Laserstrahls 36 be ^¬ wirkt werden. So kann beispielsweise bei überschreiten einer vorbestimmten Umkristallisierungstemperatur eine lokale Gefügeumwandlung 38 als Schwächungszone 24 ausge ^¬ bildet werden, so dass beim Aufbringen der Zugspannung die Einschmelzfolie 10 entlang dieser Gefügeumwandlung 38 über die Streckgrenze hinaus verformt wird und anschlie ^¬ ßend reißt, wobei sich ebenfalls wieder entsprechend ver- jungte Schmalseiten 14, 16 einstellen, die frei von jeglichen, über die Großflächen der Folie 10 hinausstehenden Graten oder sonstigen Unregelmäßigkeiten sind.

Die über den Laserstrahl 36 eingetragene Energie wird vorzugsweise so eingestellt, dass die Gefügeumwandlung die Rissausbreitung unterstützt und eine Versprödung und somit ein Sprödbruch ohne Verformung verhindert wird. Prinzipiell kann die Rissausbreitung auch ohne Verformung in der Schwächungszone erfolgen.

Die Temperatur zur Gefügeumwandlung wird in Abhängigkeit vom verwendeten Material (Molybdän, Wolfram) und im Hinblick auf das optimale Verformungs- und Reißverhalten eingestellt .

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise mit dem Ausbilden ei ^¬ ner Schwächungszone 24 zur Vorgabe einer Rissausbrei- tungsrichtung ermöglicht es auch, auf einfache Weise von der dargestellten Rechteckform abweichende Geometrien auszubilden. Dies wird anhand Figur 6 erläutert.

In dieser Figur 6 ist das Folienband 22 in abgewickelter

Form dargestellt. Entsprechend den vorhergehenden Erläu- terungen wird in einem ersten Arbeitsschritt eine Schwä-

chungszone 24 ausgebildet und dann durch Aufbringen von etwa in der Folienbandebene verlaufenden Zugkräften die Einschmelzfolie 10 abgerissen, wobei der Rissverlauf durch die Schwächungszone 24 vorgegeben ist. In Figur 6 oben ist die Ausbildung einer herkömmlichen, rechteckför- migen Einschmelzfolie 10 dargestellt. Anhand dem in Figur 6 unten dargestellten Ausführungsbeispiel wird erläutert, dass die Schwächungszone 24 nicht gradlinig ausgeführt sein muss, sondern es sind praktisch beliebige Geometrien vorstellbar, denen lediglich im Hinblick auf das optimierte Rissverhalten Grenzen gesetzt sind. Beim darge ^¬ stellten Ausführungsbeispiel ist die Schwächungszone 24 etwa trapez- oder V-förmig mit einer breiten Basis 40 und schräg dazu angestellten Flanken 42, 44 ausgeführt. Hier- bei kann die Geometrie oder der Verlauf der Schwächungs ^¬ zone 24 in Abhängigkeit vom Rissverhalten oder von der Geometrie der zugeordneten Stromzuführungen oder vom Platzbedarf in der Einschmelzung gewählt werden.

Offenbart sind ein Verfahren zum Herstellen einer Ein- schmelzfolie, eine nach einem derartigen Verfahren hergestellte Einschmelzfolie und eine Lampe mit einer derarti ^¬ gen Einschmelzfolie. Erfindungsgemäß wird diese Ein ^¬ schmelzfolie von einem Folienrohling abgetrennt, an dem zuvor eine Schwächungszone ausgebildet wird.