DE1923664A1 - Verfahren zur gegenseitigen dichten Verbindung eines Kappenkoerpers und eines rohrfoermigen Koerpers aus hitzebestaendigem Metall - Google Patents

Description

DIPL.-INQ. KLAUS NEUBECKER 1923664

Patentanwalt

A Düsseldorf-Eiter 1 Am-©treueser*kfet&-5e

Schadowplatz 9

Düsseldorf, 8. Mai I960 WE 39,428
6935

Westinghouse .Electric Corporation
Pittsburgh, Pennsylvania, V,St.A.

'Verfahren zur gegenseitigen dichten Verbindung " eines Kappenkörpers und eines rohrförmigen Körpers aus hitzebestäodigem Metall

•Die vorliegende Erfindung betrifft'ein Verfahren zur dichten Verbindung eines Scheiben- oder Kappenkörpers aus hitzebeständingem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt mit einem rohrförmigen Körper aus hitzebeständigem Metall mit höherem Schmelzpunkt, insbesondere zur dichten Verdichtung einer Endkappe mit einem Puraprohr in einer elektrischen Entladungslampe.

Elektrische Entladungslampen mit keramischem Grundkörper stellen eine neue und vielversprechende Lichtquelle für die Lampenindustrie dar. Bei der Fertigung solcher Lampen ergeben sich für die Lampenhersteller jedoch eine Vielzahl von f-ir die Industrie neuen Problemei sowohl hinsichtlich des Materials als auch der Verarbeitung. Solche Entladungslampen mit keramischem Aufbau weisen im allgemeinen grundsätzlich einen nach Art eines Rohres ausgebildeten keramischen Grundkörper oder Kolben auf, der an seinen beiden Enden durch einen Scheiben- oder Kappenkörper aus hitzebeständigem Metall abgeschlossen ist. Diese Scheiben- oder Kappenköryer tragers üblicherweise die einander in dem Entladungsrohr gegenüber liegenden Entladungselektroden. Nach der dichten Verbindung der Kappenkörper «lit dem Keramikkolben muß der Kolben dann nocii evakuiert und mit einer zur Aufrechterhaltung der Entladung geeigneten Aillung mit

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Elementen wie Quecksilber, Argon und/oder Natrium, um nur einige der infrage kommenden Stoffe zu nennen, gefüllt werden. Um dieses Evakuieren und anschließende Füllen vornehmen zu können, muß mindestens einer der am Ende des Kolbens befindlichen Kappenkörper mit einem kurzen Abschnitt eines Pumprohres aus hitzebeständigem Metall versehen sein, das sich durch den Kappenkörper hindurch erstreckt, um so für den notwendigen Zugang zum Inneren des abgedichteten Lampenkörpers zu sorgen.

Zur Verbindung des aus hitzebeständigera Metall, im allgemeinen Tantal, bestehenden Puraprohres mit dem ebenfalls aus hitzebestän-" digem Metall, normalerweise Niob, bestehenden Kappenkörper sind verschiedene Verfahren mit unterschiedlichem Erfolg eingesetzt worden. Bei einem solchen Verfahren wurde mit Hilfe von Hochfrequenzheizung eine Titan-Hartlötum? unter Vakuum vorgenommen.

Wenn es wünschenswert erschien, das Titan an der Verbindungsstelle zwischen dem End-Kappenkörper und dem Pumprohr für bestimmte. Anwendungsfälle auszuschalten, so ließ sich hier erfolgreich Abhilfe schaffen, indem der End-Kappenkörper mit einem kleinen, das Tantalrohr in einer Höhe von etwa 2 mm umgebenden Kragen hergestellt wurde. Dieser kleine Kragen wurde dann im Vakuum unter Verwendung einer ElektronenstrahlschweiiSvorrichtung geschmolzen, um die Abk dichtung zu erhalten.

Sowohl für dieses letztgenannte Verfahren als auch für das Verfahren der Ti tan-Hartlötung hat sich in einigen Fällen ergeben, daß diese Verfahren schwierig und'zeitraubend sind, außerdem teuere einrichtungen erfordern und daß es für eine wirtschaftliche Fertigung von Entladungslampen mit keramischem Grundkörper immer noch notwendig war, ein geeignetes Verfahren zu finden, um den aus hitzebeständigem Metall bestehenden End-Kappenkörper auf einfache Weise, mit geringen Kosten und unter Einhaltung einer hohen Fertigungsgeschwindigkeit mit dem ebenfalls aus hitzebeständigem Metall bestehenden Rohrkörper dicht verbinden zu können.

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Aufgabe vorliegender Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens zur dichten Verbindung eines Kappenkörpers aus hitzebeständigem Metall mit einem eine Öffnung dieses Kappenkörpers durchsetzenden rohrförmigen Körper, der ebenfalls aus hitzebeständigem Metall besteht. ■

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren zur dichten Verbindung eines Scheiben- oder Kappenkörpers aus hitzebeständigem Metall mit niedrigerem Schmelzpunkt mit einem rohrförmigen Körper aus hitzebeständigem Metall mit höherem Schmelzpunkt erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Körper im wesentlichen mit Gleitpassung in einer in dem Kappenkörper vorgesehenen Öffnung angeordnet, sodann in NHhe des Übergangs zwischen dem rohrförmigen Körper und dem Kappenkörper ein Metallring mit niedrigerem Schmelzpunkt um den rohrförmigen Körper herum angeordnet und hierauf der Metallring mittels eines den rohrförmigen Körper durchfließenden Stromes zum Schmelzen und das geschmolzene Material des Metallringes dabei unter hermetischer Abdichtung des Kappenkörpers im Verhältnis zu dem rohrförmigen Körper zum Fließen in bzw. um den Bereich des Übergangs zwischen dem rohrförmigen Körper und dem Kappenkörper gebracht wird.

Die Erfindung wird nachstehend zusammen mit weiteren Merkmalen anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer typischen Entladungslampe mit keramischem Rohrkörper mit teilweise geschnittener Endkappe;

iig. 2 eine Vorderansicht einer zur Durchführung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung geeigneten Halterung, wobei gleichzeitig die einzelnen Bestandteile vor ihrem Zusammenbau wiedergegeben sind;

".M-'.. -» eine Vorderansicht ähnlich Fig. 2, wobei die einzelnen Bauteile zusammengesetzt und damit für die Abdichtung vorbereitet worden sind;

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Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht der zusammengesetzten Bestandteile vor der Abdichtung, wobei der Hing und der End-Kappenkörper im Schnitt wiedergegeben sind; und

Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht ähnlich Fig. 4, die die Verhältnisse nach der dichten Verbindung des End-Kappenkörpers mit dem rohrförmigen Körper erkennen läßt.

In der Zeichnung, in der gleiche Teile jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, ist mit Fig. 1 eine typische keramische Entladungslampe wiedergegeben, die ein Beispiel veranschaulicht,

" für das das Abdichtungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung angewendet werden kann. Eine allgemein mit 10 bezeichnete keramische Entladungslampe weist einen Rohrkörper 12 aus mehrkristallinem (polycrystalline) x\luminiumoxid auf, der an seinen beiden Enden jeweils durch eine Endkappe 14 oder einen sonstigen geeigneten Verschlußkörper abgeschlossen ist. Wenigstens eines der beiden Enden des Rohrkörpers 12 ist mit einem Pumprohr 16 versehen, das als Zuführung dient und sich durch die Endkappe 14 hindurch erstreckt. Das Pumprohr 16 trägt an seinem inneren Ende eine der zur Aufrechterhai tung des Lichtbogens dienenden Elektroden (nicht dargestellt). Am anderen Ende des Rohrkörpers 12 ist als Zuführung allgemein ein einfaches biegsames Band 18 aus hitzebeständigera Metall vorgesehen. Die zweite zur Aufrechterhaltung der Bogenentladung dienende Elektrode ist an der Innenseite der in Fig. 1 am unteren Ende befindlichen Endkappe 14 an einem ähnlichen Band aus hitzebeständigem Metall (nicht dargestellt) befestigt.

Eines der Hauptprobleme, die sich bei der Fertigung keramischer Entl-silungslampen ergeben, besteht in den verschiedenen, zwischen den Teilen erforderlichen Abdichtungen. Diese Abdichtungen müssen vakuumdicht sein und extrem hohen Temperaturen (über 1000° C), außerdem der Einwirkung der teilweise als Entladungsfüllung verwendeten Alkalimetalldämpfe widerstehen können. Eine dieser Dich-■ tungen, die vor der Schaffung der vorliegenden Erfindung besondere Probleme mit sich gebracht hat, ist die Dichtung 20 zwischen der Endkappe 14 und dem Pumprohr 16 an dem in Fig. 1 oben liegenden Ende der Lampe 10. 909850/1 2B5

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Das erfindungsgeraäße Verfahren zur einwandfreien Herstellung einer solchen Dichtung wird nachstehend in Verbindung mit den Fig. 2 5 erläutert. Wie in Fig. 2 gezeigt, wird eine Montagevorrichtung mit einer unteren Klemmbacke 22 verwendet, die einen Zentrierst.if t -24 für die-führende Aufnahme des etwa aus Tantal bestehenden Pumprohres 16 hält. Die Endkappe 14 aus hitzebeständigem Metall sowie ein Metallring 15, die jeweils einen niedrigeren Schmelzpunkt als das Pumprohr 16 haben, ^verden beide über das Ende des Pumprohres 16 geschoben. Die Endkappe 14 wird dabei in der gewünschten Höhe oberhalb eines Endes 17 des Pumprohres 16 angeordnet. Der Metallring 15 überdeckt den Übergang zwischen dem Pumprohr 16 und der Endkappe 14, wie das in Fig. 3 und 4 gezeigt ist. Der Metallring 15 muß einen niedrigeren Schmelzpunkt als das Pumprohr 16 haben,

aber
der/auch nicht höher als der Schmelzpunkt der Endkappe 14 liegt.

Das untere Ende 17 des Pumprohres 16 wird dann auf das verjüngte obere Ende des Zentrierstiftes 24 aufgesetzt, worauf die obere Klemmbacke 26 mittels eines zugehörigen Bolzens 28 verspannt wird. Nachdem man dann den aus Fig. 3 ersichtlichen Zustand erhalten hat, wird eine Energiequelle 30 eingeschaltet, die einen Strom durch die Anordnung der Fig. 3 fließen läßt. Der dann das Pumprohr 16 aus dem hitzebeständigea Metall mit höherem Schmelzpunkt durchfließende Strom bewirkt eine Aufheizung des Metallrings 15 mit niedrigerem Schmelzpunkt auf eine oberhalb seines Schmelzpunktes liegende Temperatur, und dadurch kommt es zu einem Schmelzen des Ringes 15, so daß das Hingmaterial um das Pumprohr 16 herum in dem in Nähe des Rohres 16 liegenden Gebiet über die Endkappe 14 fließt und somit eine hermetische Abdichtung zwischen der Endkappe 14 und dem Pumprohr 16 bildet_s wie das in Fig. 5 gezeigt ist.

Es ist allgemein üblich, in keramischen Entladungslampen Pumprohre aus Tantal mit einer Wandstärke von etwa 0,4 mm und einem Außendurchmesser von etwa 3,2 mm zu verwenden. Ebenso ist es> üblich, die Endkappe 14 aus Niob herzustellen. Entsprechend einem speziellen Beispiel ergab ein mehrere see lang fließender Strom von etwa 200 A für einen Niob- oder Titanring 15 und eine Niob-Endkappe 14, die jeweils auf einen», "nmprohr aus Tantal mit einem Außendurchmes-

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ser von etwa 3,2 mm angeordnet wurden, eine ausgezeichnete Abdichtung zwischen dem Tantalrohr und der Niob-Endkappe. Die den Strom liefernde Energiequelle 30 weist dabei einen für hohe Stromstärken ausgelegten Transformator auf und ist an eime übliche Netzleitung mit 220 oder 110 V angeschlossen. Die 220 oder 110V-Netzleitung steht mit einem veränderlichen Transformator und einem 10:1-Untersetzungstransformator in Verbindung, der eine Leitung 32 mit etwa 8 V speist und über diese etwa 2OO A durch das Tantalrohr fließen läßt. Die erforderlichen Ströme hängen naturgemäß von der Größe des Tantalrohres ab. Vorzugsweise erfolgt der AbdichtungsVorgang im Vakuum oder einer inerten Atmosphäre, um " schädliche Einflüsse durch Oxydation auszuschalten. Als günstig hat es sich erwiesen, die Abdichtung in einer Atmosphäre mit strömendem, handelsüblichem Argon von etwa atmosphärischem Druck vorzunehmen.

Vorzugsweise besteht der Ring 15 aus Titan; in einigen Anwendungsfällen, wenn nämlich beispielsweise mit dem Angriff von Alkalimetalldampf en zu rechnen ist, kann es jedoch vorteilhafter sein, den Ring 15 aus Niob herzustellen.

Patentansprüche:

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Claims (4)

Patentanspruch, e

1. !Verfahren zur dichten Verbindung eines Scheiben- oder Kappen-"^-"^ körpers aus hi tzebes tändigem Metall mit niedrigerem Schmelzpunkt mit einem rohrförmigen Körper aus hitzebeständigem Metall mit höherem Schmelzpunkt, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Körper im wesentlichen mit Gleitpassung in einer in dem Kappenkörper vorgesehenen Öffnung angeordnet, sodann in Nähe des Übergangs zwischen dem rohrförmigen Körper und dem Kappenkörper ein Metallring (15) mit niedrigerem Schmelzpunkt um den rohrförmigen Körper herum angeordnet und hierauf der Metallring (15) mittels eines den rohrförmigen Körper durchfließenden Stromes zum Schmelzen und dabei das geschmolzene Material des Metallrings (15) unter hermetischer Abdichtung des Kappenkörpers im Verhältnis zu dem rohrförmigen Körper zum Fließen in bzw. um den Bereich des Übergangs zwischen dem rohrförmigen Körper und dem Kappenkörper gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Körper im wesentlichen vertikal ausgerichtet wird und der Metallring (15) den rohrförmigen Körper an der Übergangsstelle oberhalb des Kappenkörpers umgibt»

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als hitzebeständiges Metall niedrigeren Schmelzpunktes Niob oder Titan und als hitzebeständiges Metall höheren Schmelzpunktes Tantal verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus rohrförmigen! Körper, Kappenkörper und Metallring (15) bestehende Anordnung beim Durchfluß des Stromes durch den rohrförmigen Körper in einer inerten Atmosphäre untergebracht wird.

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Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 4 , dadurch gekennzeichnet, daß der Kappenkörper die Endkappe (14) einer einen Rohrkörper (12) aufweisenden keramischen Entladungslampe (10) und der rohrförmige Körper das zugehörige
Pumprohr (16) der Lampe (10) sind.

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