DE10218412A1

DE10218412A1 - Einschmelzfolie und zugehörige Lampe mit dieser Folie

Info

Publication number: DE10218412A1
Application number: DE10218412A
Authority: DE
Inventors: Franz Breuer; Bodo Mittler
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2002-04-24
Filing date: 2002-04-24
Publication date: 2003-11-06
Also published as: KR20030084706A; DE10242035A1; DE50300315D1; CA2426484A1; EP1357203B1; US6969950B2; EP1357203A1; ATE289366T1; TW200401327A; JP2003346735A; TWI278896B; CN100359631C; US20030201718A1; CN1453821A

Abstract

Einschmelzfolie für den Bau einer Lampe (1), bestehend aus einem metallischen Grundkörper aus Molybdän und einer darauf zumindest teilweise aufgebrachten Beschichtung, die Ruthenium allein oder als Legierung enthält, wobei die Folie als Stapel aus zwei Teilen (10, 11) gebildet ist, die eine unterschiedliche Beschichtung aufweisen.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Einschmelzfolie und zugehörige Lampe mit dieser Folie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um Molybdänfolien, die Anwendung finden bei Quetschungen, wie sie für die Abdichtung von Glühlampen und Entladungslampen üblich sind.

Stand der Technik

Aus der US-A 5 021 711 ist bereits eine Einschmelzfolie und zugehörige Lampe mit dieser Folie bekannt. Um gegen Oxidation besser geschützt zu sein, ist die Folie mit einer Schutzschicht von Al, Cr, Si, Ti oder Ta versehen. Die Dicke beträgt 5 bis 100 nm.
Eine ähnliche Technik ist aus der DE-A 30 06 846 bekannt, in der zum gleichen Zweck Schichten aus Ta, Nb, V, Cr, Ti, Y, La, Hf oder Sc herangezogen werden. Die Schichtdicke liegt bei 10 bis 200 nm.
In der Praxis wird für den Schutz der Molybdänfolien vor Oxidation im Bereich der Folien-Stift-Schweißverbindung meist eine partielle Verchromung verwendet. Bei diesem sehr arbeitsaufwendigem Verfahren werden die durch Widerstandsschweißen zwischen Stift und Folie hergestellten Schweißverbindungen von Hand bis zu der Höhe in ein sandähnliches Medium gesteckt, bis zu der die Verchromung erfolgen soll. Durch chemische Reaktionen erfolgt in einem umweltbelastenden Prozess die partielle Chromabscheidung. Durch diese Chromabscheidung (Oxidationsschutz) wird eine höhere Temperaturbelastbarkeit der Folie-Stift-Verbindungen erreicht. Dabei ist eine Temperaturbelastung bis ca. 550°C möglich.
Bei einigen Lampen ist nicht die Oxidation der Folie-Stift-Verbindungen für das Versagen der Folienabdichtung verantwortlich, sondern der Angriff der korrosiv wirkenden Füllungsbestandteile (beispielsweise Metallhalogenide) oder auch Füllgase auf die Molybdänfolie. Zur Einschränkung dieses Angriffs wird die Molybdänfolie bisher sandgestrahlt, was zu einer Verbesserung der Glas-Metall-Verbindung führt. Das Sandstrahlen führt jedoch beim Widerstandsschweißen zu hohem Ausschuß, da dadurch nichtleitende Al₂O₃-Partikel auf der Mo-Folienoberfläche verbleiben. Außerdem erhöht sich der Verschleiß der Widerstands-Schweißelektroden sehr stark. Bei sandgestrahlten Folien ist ein Austausch der Elektrode bereits nach ca. 70 Schweißungen notwendig (gegenüber einem Austauschintervall von ca. 1000 Schweißungen bei unbehandelter Folie), so daß ein häufiger Wechsel der Elektroden erforderlich ist.
Aus der DE-A 199 61 551 ist die Verwendung Ru-haltiger Folien im Lampenbau bekannt. Dabei wird eine gleichmäßige Beschichtung zumindest einer Folienseite empfohlen.

Darstellung der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einschmelzfolie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die gut vor Oxidation und Korrosion geschützt ist und bei der die Schweißbarkeit gewährleistet bleibt, wobei diese Eigenschaften auch bei hoher Temperaturbelastung erhalten bleiben.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Zur Verhinderung der Oxidation und Korrosion und um eine gute Schweißbarkeit sicherzustellen wird die Einschmelzfolie als Stapel aus zwei Teilen zusammengesetzt. Bevorzugt wird jeweils eine Molybdänfolie verwendet. Beide Teile sind in spezifischer Weise mit reinem Ruthenium oder einer Verbindung, die Ruthenium enthält, beschichtet. Als Beschichtungswerkstoff eignet sich vor allem reines Ruthenium sowie eine Molybdän-Ruthenium-Legierung mit eutektischer Zusammensetzung.
Die erste Folie ist spezifisch für die sichere Verschweißung der äußeren Stromzuführungen (typisch Stifte aus Molybdän) und für einen sicheren Oxidationsschutz konzipiert. Sie ist zumindest im Bereich der Verbindung zwischen Stromzuführung und Folie beidseitig mit einem die Oxidation verhindernden oder zumindest verringernden Überzug mit einer Schichtdicke von mindestens 800 nm versehen. Die zweite, in bezug auf das Kolbenvolumen innen liegende Folie ist als Dichtstrecke konzipiert. Sie ist einseitig mit einer dünnen Beschichtung (< 120 nm) versehen, die das sichere Anschweißen der Wendelenden oder inneren Stromzuführungen gewährleistet.
Die Schichtdicke der Ruthenium-haltigen Schicht liegt bevorzugt im Bereich von 1,5 bis 3 µm für die erste Folie, und im Bereich von 40 bis 80 nm (mindestens aber 20 nm) für die zweite Folie.
Die beiden Folien sind miteinander durch eine Schweißung (insbesondere Widerstandsstands- oder Laserschweißung) verbunden. Eine durchgehende Beschichtung einer einzigen Folie mit konstanter Schichtdicke hat sich als wenig zweckmäßig erwiesen, da dann dabei die beiden spezifischen Vorteile einer Ru-haltigen Beschichtung nicht voll genützt werden können. Genausowenig hat sich eine variable Beschichtung einer einzigen Folie bewährt, da die gewünschten Schichtdicken für die beiden Zwecke der Schweißbarkeit und der sicheren Abdichtung zu stark unterschiedlich sind. Hinzu kommt, dass die erste Folie gut schweißbar ist. Sie geht also eine zuverlässige Verbindung mit der zweiten Folie ein.
Das Beschichten kann durch bekannte Beschichtungsverfahren erfolgen, vorzugsweise durch Sputtern.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Oxidationsbeständigkeit der Stift- Folie-Schweißverbindungen durch Beschichten der Stromzuführungen mit gleichen oder ähnlichen Beschichtungswerkstoffen, die für die Folie eingesetzt werden können, erhöht.
Die erfindungsgemäßen elektrischen Lampen besitzen ein Lampengefäß aus Quarzglas oder Hartglas, das mit Molybdänfoliendurchführungen versehen ist, die Bestandteil mindestens einer Quetschdichtung des Lampengefäßes sind. In der mindestens einen Quetschdichtung ist wenigstens eine Molybdänfolie gasdicht eingequetscht.
Die Aufbringung einer dünnen einseitigen Schicht aus Ruthenium (rein bzw. als Legierung) auf die zweite Folie erlaubt es, filigrane Stromzuführungen (u. U. als Gewickel ausgeführt) sicher und einfach mit der Folie zu verbinden. Statt des bisher verwendeten Widerstandsschweißens unter Zuhilfenahme einer Paste (Molybdän oder Platin), das nur für massive Stromzuführungen geeignet ist bzw. bei filigranen Stromzuführungen einen sehr hohen Ausschuss in Kauf nimmt, kann jetzt ein Hartlöt-Prozeß durchgeführt werden (bevorzugt unter Verwendung einer eutektischen MoRu-Legierung), für den relativ niedrige Temperaturen ausreichen (typisch etwa 360°C weniger als bei reinem Ru). Statt etwa 2300°C werden nur noch Temperaturen um 1900 bis 2000°C erreicht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine Glühlampe, in Seitenansicht;
Fig. 2 die Herstellung eines Gestells in drei Schritten (a, b, c) im Detail.

Bevorzuge Ausführung der Erfindung

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 handelt es sich um eine Halogenglühlampe 1 (12 V bei 100 W Leistung) mit einem Lampenkolben 2 aus Quarzglas, der mit Hilfe einer Quetschdichtung 3 gasdicht verschlossen ist. In der Quetschdichtung des Lampenkolbens sind zwei Molybdänfolienstapel 4 eingebettet. Innerhalb des Lampenkolbens befindet sich ein doppelt gewendelter Leuchtkörper 5, dessen einfach gewendelte Enden als innere Stromzuführungen 6 wirken. Die inneren Stromzuführungen sind jeweils mit einem der in der Quetschdichtung eingebetteten Molybdänfolienstapel 7 verschweißt. Aus der Quetschdichtung 3 ragen zwei äußere Stromzuführungen 8 heraus, die mit jeweils einer der beiden Molybdänfolienstapel verbunden sind.
Die beiden in der Quetschdichtung eingebetteten Molybdänfolienstapel 4 bestehen jeweils aus zwei Folien 10, 11. Die innere Dichtfolie 11 ist einseitig auf der Seite, an der die innere Stromzuführung 6 befestigt ist, mit einer eutektischen Mo-Ru- Legierung 60 nm dick beschichtet. Die äußere Schweißfolie 10 ist beidseitig mit reinem Ru beschichtet, die Schichtdicke beträgt 2,5 µm. Beide Folien sind gleich breit.
Die beiden Folien 10, 11 überlappen sich auf ca. 10 bis 40% der Fläche der kleineren Folie 10 und sind in diesem Stapelbereich miteinander verschweißt. Dabei liegt die Schweißfolie 10, die kleiner sein kann, auf der größeren Dichtfolie 11 auf. Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der beide Folien gleich breit sind, weil dadurch die Orientierung und Justierung der Folien erleichtert wird. Der Überlapp beider Folien ist in Fig. 1 durch das gestrichelte Ende der unten liegenden Dichtfolie 11 kenntlich gemacht.
Das Wendelende, das als innere Stromzuführung 6 wirkt, besteht aus 15 µm dickem Wolframdraht, der einfach gewendelt ist. Sein Außendurchmesser ist 55 µm. Das Wendelende und die Dichtfolie 11 sind durch einen Hartlötprozeß miteinander verbunden.
Auch extrem feine (lediglich 10 bis 100 µm dicke) Stromzuführungen lassen sich auf ähnliche Weise schonend mit der Dichtfolie 11 zuverlässig verbinden. Insbesondere zeigt sich somit eine besondere Eignung der Ruthenium-beschichteten Folien für Niedervoltlampen (bis 75 V) mit hoher Leistung (20 W bis 150 W). Aber auch ein Einsatz bei Hochvoltlampen (ab 80 V) ist empfehlenswert.
Die Technik der differenzierten Rutheniumbeschichtung ermöglicht also nicht nur eine verbesserte Verbindung zwischen Folie und Stromzuführung, sondern auch eine zuverlässige Verbindung der beiden Folien des Stapels.
Die Herstellung des Gestells kann gemäß Fig. 2 so verlaufen, dass zunächst zwei Schweißfolien 10 (Fig. 2a) mit einem U-förmig gebogenen Drahtbügel 15, der als Vorläufer für die beiden äußeren Stromzuführungen dient, verschweißt werden. Der Drahtbügel 15 wird auf der Oberseite der beidseitig beschichteten Schweißfolien 10 befestigt. Anschließend wird dieses Gestellteil auf zwei einseitig beschichtete Dichtfolien 11 gelegt, und zwar mit geringem Überlapp von etwa 15% der Fläche der Schweißfolie 10, wobei die beschichteten Seiten der beiden Folien sich berühren. Die beiden Folien des Stapels sind unterschiedlich breit und lang. Die Beschichtung ist nicht extra dargestellt. Die Überlappzone wird verschweißt. Die Schweißstelle ist symbolisch als Bezugsziffer 16 dargestellt (Fig. 2b). Anschließend wird ein Gestellteil, bestehend aus inneren Stromzuführungen 6 und Leuchtkörper, auf das freie Ende der Schweißfolien 11 gelegt und verlötet (Fig. 2c).
Zwischen Löt- und Schweißprozessen ist dabei nicht explizit unterschieden worden. Der allgemeine Begriff Schweißen soll in der vorliegenden Anmeldung auch das Hartlöten umfassen.

Claims

1. Einschmelzfolie für den Lampenbau, bestehend aus einem metallischen Grundkörper aus Molybdän, rein oder dotiert, und einer darauf zumindest teilweise aufgebrachten Beschichtung, die Ruthenium enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie als Stapel aus zwei Einzelfolien, im folgenden Schweißfolie (10) und Dichtfolie (11) genannt, mit unterschiedlicher Beschichtung aufgebaut ist, wobei die beiden Folien eine gemeinsame Überlappzone besitzen, innerhalb der sie miteinander verbunden (16) sind.

2. Folie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus reinem Ruthenium oder einer Ruthenium-Verbindung bzw. -Legierung, insbesondere einer eutektischen Molybdän-Ruthenium-Legierung, besteht.

3. Folie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Folie des Stapels, im folgenden Schweißfolie (10) genannt, beidseitig beschichtet ist, wobei die Schichtdicke zwischen 0,8 und 4 µm beträgt, bevorzugt 2 bis 3 µm.

4. Folie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Folie des Stapels, im folgenden Dichtfolie (11) genannt, einseitig beschichtet ist, wobei die Schichtdicke zwischen 20 und 120 nm beträgt, bevorzugt 40 bis 80 nm.

5. Folie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlappzone zwischen 15 und 30% der Fläche der Schweißfolie beträgt, und dass die Verbindung durch Schweißen erfolgt.

6. Lampe mit einer Einschmelzfolie nach Anspruch 1 bis 5.

7. Lampe (1), umfassend ein Lampengefäß (2) aus Hartglas oder Quarzglas, das zumindest an einem Ende mit einer Quetschdichtung (3) sowie mit inneren und äußeren Stromzuführungen (6, 8) versehen ist und ein Leuchtmittel (5) sowie evtl. eine Füllung beinhaltet, wobei die Quetschdichtung (3) mit mindestens einem Folienstapel gemäß Anspruch 1 versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißfolie (10) mit der äußeren Stromzuführung (8) und die Dichtfolie (11) mit der inneren Stromzuführung (6) verbunden ist.