DE2529004A1

DE2529004A1 - Gegenstand mit einem glasteil, in den ein metallteil eingeschmolzen ist

Info

Publication number: DE2529004A1
Application number: DE19752529004
Authority: DE
Inventors: Tjepke Hendrik Ekkelboom; Thomas Geeven
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1974-07-12
Filing date: 1975-06-28
Publication date: 1976-01-29
Also published as: NL176849B; NL7409432A; JPS5318832B2; NL176849C; BE831231A; DE2529004C2; FR2277786B3; BR7504344A; GB1490408A; JPS5131081A; CA1065611A; FR2277786A1

Description

_ f .. 13-6-1975 ' REBE/JV/JB

Akia: PHN- 7639

vom» 27. Juni 1975

"Gegenstand mit einem Glasteil, in den ein Metallteil eingeschmolzen ist".

Die Erfindung bezieht sich auf ein Vei¹-fahren zur Herstellung eines Gegenstandes mit einem Glasteil, in den ein Metallteil eingeschmolzen ist. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Durchführen eines derartigen Verfahrens und auf Gegenstände, z.B. Lampen, die durch ein derartiges Verfahren hergestellt sind.

Der Metallteil kann z.B. stabförmig,

drahtförmig oder scheibenförmig sein; es kann auch hohl sein und z.B. die Form einer Buchse aufweisen.

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Für viele'Gegenstände, insbesondere

Lampen, wie Gasentladungslampen und Glühlampen, ist es notwendig, Metallteile gasdicht in einen Glasteil, insbesondere in die Wand, einzuschmelzen. Die erfolgreiche Durchführung eines derartigen Einsmelzvorgangs ist von vielen Faktoren abhängig. Diese Faktoren sind u.a. die Grosse der Ausdehnungskoeffizienten der miteinander zu verbindenden Teile, die Atmosphäre, in der der Einschmelzvorgang durchgeführt wird, und insbe-.sondere die Handfertigkeit des Arbeiters, der die Einschmelzung herstellen muss.

Aus der Literatur sind viele Vorschriften zur Herstellung von Durchführungen bekannt, die gasdicht sind und beim Betrieb der Gegenstände nicht zerspringen. Bei diesen Verfahren werden die verschiedensten Punkte erwähnt, die bei der Herstellung von Einschmelzungen zu beachten sind.In der Praxis hat sich herausgestellt, dass nur durch eine besonders günstige Kombination der verschiedenen Vorschriften eine gute Einschmelzung erhalten wird. Dabei ist es naturgeraäss notwendig, alle oben angegebenen Punkte zu beachten; obendrein müssen dann noch Anforderungen erfüllt werden, die sich nicht auf die Herstellung der Einschmelzung an sich, sondern auf den Gebrauch des herzustellenden Gegenstandes be-

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ziehen. So ist es z.B. für gewisse Lampen notwendig, besondere Metalle, wie Wolfram und Molybdän, und/oder besondere Wandmaterialien, wie Quarzglas oder Hartglas, zu verwenden. Alle diese Umstände zusammen führen dazu, dass kein universelles Verfahren bekannt ist, mit dem unter verschiedenen Bedingungen erfolgreich gearbeitet werden kann. Daher hat man häufig verwickelte Einschmelzungen, z.B. mit Zwischengläsern, oder verwickelte, genau festgestellte, aufeinanderfolgende Herstellungsschritte anwenden müssen.

In vielen Fällen wird dabei von einem

draht- oder stabförmigen Metallteil ausgegangen, auf den zunächst eine sogenannte Glasperle aufgelegt wird. Diese Glasperle wird dann nachher mit dem übrigen Teil des herzustellenden Gegenstandes mittels eines gesonderten Verfahrenschrxttes verbunden, wobei die Verbindung durch Erhitzung hergestellt wird.

Die Glasperle kann auf verschiedene

Weise auf dem Metallteil angebracht werden, z.B. indem' der Metallteil erhitzt und mit einem Glasstab in Kontakt gebracht wird, der z.B. mittels einer Flamme plastisch gemacht wird. Durch Rotation eines Metallteiles kann auf diese Weise eine Perle aufgelegt werden, wobei der Erfolg des Verfahrens stark von den

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obengenannten Bedingungen abhängt^ Bei einem anderen Verfahren zum Auflegen einer Perle wird von einem Glasrohr ausgegangen, das etwa um den Metallteil passt. Durch Erhitzung, z.B. mittels einer Flamme oder durch elektrische Erhitzung, wird dabei das Glasrohr auf dem Metallteil festgeschmolzen.

Ein grosser Nachteil der bekannten Verfahren ist noch der, dass gewisse Kombinationen von Metall und Glas, die im Zusammenhang mit dem Gebrauch des herzustellenden Gegenstandes erwünscht sind, sich nicht oder schlecht reproduzierbar erhalten lassen.

Ein weiterer den bekannten Verfahren anhaftender wesentlicher Nachteil ist der, dass die Oberfläche des Metalls während der Herstellung der Perle oxidiert wird, wenn die Bearbeitung an der Luft durchgeführt wird. Um dies zu vermeiden, kann die Perle in einem schutzgas hergestellt werden, aber es versteht sich, dass die Bearbeitung durch das Zuführen des Schutzgases komplizierter wird und bei gewissen Verfahren kaum Erfolg ergeben kann. Dabei ist an das obengenannte Verfahren zu denken, bei dem das Ende eines Glasstabes erhitzt und gegen einen rotierenden Metallteil gedrückt wird. Dabei" kann Schutzgas durch ein Rohr in der Nähe der herzustellenden Perle zugeführt

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werden, aber dann ist noch immer nicht gewährleistet, dass Oxidation völlig vermieden wird. Dies hat zur Folge, dass das Metall neben der Perle oxidiert, was für den Gebrauch, insbesondere in Lampen, oft ungünstig ist. Daher ist es immer notwendig gewesen, den Metallteil nach der Herstellung der Perle durch Schleifen oder chemisches Ätzen von der Oxidhaut zu befreien. Dies bedeutet jedoch, dass der Metallteil an der betreffenden Stelle dünner wird, was nachher leicht zu Bruch dieses Teiles führen kann und ausserdem die Gasdichtigkeit gefährdet, weil das Metall in der Perle, insbesondere an den Enden derselben, möglicherweise auch noch angegriffen wird. Wenn der Metallteil beim Betrieb einen elektrischen Strom führen muss, wird an der Stelle des dünneren Teiles zusätzliche Wärme entwickelt, wodurch die Gefahr vor Sprung gerade an dieser Stelle grosser wird. .

Ein Verfahren nach der Erfindung zur

Herstellung eines Gegenstandes mit einem Glasteil, in den ein Metallteil eingeschmolzen ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Glasteil zunächst in die Form eines Rohres gebracht wird, dessen Inneres etwa die gleiche Form und den gleichen Querschnitt wie der Metallteil aufweist, worauf das Rohr um den Metallteil

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angebracht wird und das -auf diese Weise erhaltene Gebilde erhitzt wird, indem es durch ein hochfrequentes elektrisches TFeId zum Erzeugen einer Schmelzzone geführt wird, wobei sich in der Schmelzzone eine nicht kurzgeschlossene elektrisch leitende Wicklung befindet, durch die das Gebilde geführt wird, und die Erhitzung in einem nichtoxidierenden' Schutzgas stattfindet.

Dieses Verfahren weist im Vergleich zu den bekannten Verfahren viele Vorteile auf. Einige dieser Vorteile werden unten angegeben. 1 . Das Verfahren kann allgemein für sehr

verschiedene Materialien angewandt werden.

2. Das Verfahren lässt sich gut mechanisieren, sodass eine grosse Handfertigkeit des das Verfahren durchführenden Arbeiters nicht mehr für den Erfolg entscheidend ist.

3. Die erhaltene Abdichtung ist völlig gasdicht und diese Gasdichtigkeit bleibt auch beim Betrieb des Gegenstandes erhalten.

h. In der erhaltenen Einschmelzung ist der

Spannungsaufbau gleichmässig, wodurch Sprung auf ein Mindestmass beschränkt wird.

5· Der Querschnitt des Metallteiles ist

nicht verkleinert. ^s

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Obgleich, einige Merkmale des Verfahrens nach der Erfindung bereits in der Literatur gefunden werden können, werden die obenbeschriebenen und andere Vorteile nur durch die Kombination aller Merkmale gemäss der Erfindung erhalten.

Einige Ausf'ührungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt "und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 skizzenweise einen Schnitt durch einen Draht mit einer darauf liegenden Perle,

Figuren 2-5 Längsschnitte einer Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens nach der Erfindung zu verschiedenen Zeitpunkten der Herstellung einer Perle, und

Fig. 6 eine Kurzbogenlampe mit einer Perleneinschmelzung nach der Erfindung.

In Fig. 1 ist mit 1 ein metallener stab-

förmiger Teil bezeichnet, der z.B. aus Wolfram besteht. Auf diesem Metallstab ist eine Glasperle 2 derart befestigt, dass zwischen Stab und Perle eine gasdichte Verbindung vorhanden ist. Ein derartiges Gebilde kann z.B. als Stromdurchführung für vielerlei Lampenarten verwendet werden. An der Perle 2 können dazu andere Glasteile, z.B. ein Kolben einer Lampe, befestigt

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werden.

Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung

enthält ein weites Rohr 3> z.B. aus Glas oder Quarzglas, das von einer Hochfrequenzspule h umgeben ist. Mit dieser Spule h wird in dem Rohr 3 eine Schmelzzone erzeugt, d.h. eine Zone, in der das Material der herzustellenden erle derart hoch erhitzt werden kann, dass es gut plastisch verformbar wird. In dem Rohr 3 ist weitex* eine nicht kurzgeschlossene Wicklung angebracht, die schraubenlinienförmig ist. Die Wicklung 5 befindet sich an der Stelle der Schmelzzone; sie kann gewünschtenfalls im Zusammenhang mit den zu verarbeitenden Materialien und deren Abmessungen axial verschoben werden. In der Zeichnung befindet sie sich links von der Hochfrequenzspule k. Dies ist, wie nachstehend auseinandergesetzt werden wird, für die Herstellung einer guten Perle empfehlenswert.

Die Perle wird aus dem Glasrohr 7 auf dem Metallstab 6 hergestellt. Dieses Glasrohr 7 ist nahezu passend um den Stab 6 angebracht» 8 bezeichnet einen Klauenkopf,.in dem der Stab 6 festgeklemmt ist. Dieser Klauenkopf kann sich sowohl drehen als auch in Längsrichtung verschieben. Das Rohr 3 weist auf der rechten Seite eine Öffnung 9 auf, durch die ein Schutz-

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.gas zugeführt werden kann, das dann in Richtung der Pfeile fliesst.

Die Perle vird nun auf folgende Weise

hergestellt. Während der Gasstrom durch das Rohr 3 geführt und ein Hochfrequenzfeld mit Hilfe der Spule h erzeugt wird, wird der Stab 6 mit dem darauf ruhenden Rohr 7 von links nach rechts verschoben. Vorzugsweise wird der Stab 6 mit dem Rohr 7 ausserdem gedreht, obgleich dies zum Erhalten einer guten Perle nicht immer notwendig ist. Durch das von der Spule h erzeugten Hoch frequenzfeld wird der Draht 6 erhitzt.Dieser Draht überträgt Wärme auf die Innenseite des Rohres 7· Zu dem Zeitpunkt, zu dem das Gebilde von 6 und 7 in die Wicklung 5 eintritt, wird ausserdem das Rohr 7 auf der Aussenseite erhitzt. Die Wicklung 5 wird nämlich ebenfalls durch das Hochfrequenzfeld erhitzt. Die' Wicklung 5 darf nicht kurzgeschlossen sein, weil sie sonst durch die entwickelte Wärme schmelzen würde. Das Glasrohr 7 wird also in der Smelzzone von innen und von aussen her erhitzt. Durch die Verschiebung in Längs- . richtung von links' nach rechts wird zunächst der rechte Teil des Rohres plastisch werden und an dem Stab 6 haften. Dieser Zeitpunkt ist in Fig. 3 dargestellt. In dieser Stufe ist das Rohr 7 auf der linken Seite noch

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offen, wodurch Verunreinigungen, die aus dem Stab 6 und/oder dem Glasrohr 7 frei werden, nach links ausweichen können. Fig. k zeigt den Zeitpunkt an dem bereits mehr als die Hafte des Glasrohres an den Draht 6 geheftet ist. Fig. 5 zeigt schliesslich den Zeitpunkt, zu dem die ganze Perle fertig ist. Dann kann das Hochfrequenzfeld abgeschaltet und der Stab 6 mit der Perle zurückgezogen werden. Vorzugsweise wird auch während des Zurückziehens der Gasstrom aufrechterhalten.

Da die ganze Herstellung der Perle in

einem Schutzgas stattfindet, ist die Möglichkeit einer Oxidation des Metalls nahezu ausgeschlossen. Die hergestellte Perle ist daher völlig oxidfrei und braucht nicht mehr geätzt zu werden. Da sich zwischen dem Draht und dem Glasteil der Perle, wio oben auseinandergesetzt wurde, keine Verunreinigungen ansammeln können, ist die Haftung zwischen Glas und Metall vdlkommen und somit gasdicht. .

Mit Hilfe„des erfindungsgemässen Verfahrens können die verschiedensten glasartigen Werkstoffe und Metalle aneinander befestigt werden. Es ist dabei jedoch notwendig, die Wahl des nichtoxidierenden Schutzgases den verwendeten Materialien, insbesondere dem Glas, anzupassen. Es hat sich z.B. herausgestellt, dass

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bei Anwendung von Quarzglasteilen die Schutzgasatmosphäre neutral sein muss. Für Quarzglas ist Stickstoff z.B. ein geeignetes Schutzgas. ¥enn bei Quarzglas ein schwach reduzierendes Gas, z.B. sogenanntes unbrennbares Mischgas, d.h. ein Gemisch von 8$ Wasserstoff und 92$ Stickstoff, verwendet wird, bildet sich bei der Herstellung einer Quarzglasperl'e ein dunkelgefärbter Anflug zwischen dem Metallteil und dem Quarzglas, wodurch die H_aftung unmöglich wird. Bei Anwendung eines neutralen Schutzgases, z.B. Stickstoff, wird eine völlig glatte gut haftende Perle erhalten.

Bei Anwendung üblicher Gläser, entweder

Haftglas oder Weichglas, ist es im allgemeinen wünschenswert, dass das Schützgas schwach reduzierend ist. Dann ist unbrennbares Mischgas besonders geeignet.

Mit Hilfe des Verfahrens nach der Erfindung können u.a. Glasperlen auf thoriertem Wolfram-draht hergestellt werden. Bisher war dies mit allen bekannten Verfahren nicht möglich, weil dann stets das Thorium aus dem Wolfram herausdiffundierte, wodurch keine gute gasdichte Haftung erhalten werden konnte. Thoriertes Wolfram ist jedoch für viele Gasentladungslampen ein besonders geeignetes Elektrodenmaterial im Zusammenhang mit seinen emittierenden Eigenschaften.

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Bisher war man bei Anwendung eines derartigen Materials gezwungen, die Stromdurchführung aus Wolfram herzustellen, während der Teil innerhalb des Entladungsraumes aus thoriertem ¥olfram bestehen konnte, welcher Teil z.B. durch Schweissen an dem WoIframdurchführungsstift befestigt war.

Mit Hilfe des Verfahrens nach der Erfindung sind Durchführungen verschiedener Abmessungen ■ hergestellt, die bei Gebrauch in Lampen in bezug auf Sprung, Abbrechen usw. keine Schwierigkeiten ergaben. Der Durchmesser des Stromdurchführungsdrahtes konnte dabei zwischen einigen Zehntel Millimeter und mehr als 2 cm gewählt werden. Gegebenenfalls kann ein derartiger Durchführungsdraht-einen oder mehrere Kanäle aufweisen. Derartige Durchführungen können dann z.B. Mittels eines Flüssigkeits- oder Gasstromes gekühlt'werden.

Pig. 6 zeigt eine Hochdruck-Xenonbogenlampe, die aus einem artglaskolben 20 besteht, in dem sich ein Wolframstab 21 und ein thorierter Wolframstab 22 befinden. Diese Elektroden 21 und 22 sind je einstückig hergestellt und gasdicht in der Wand 20 befestigt. Diese Befestigungen sind mittels einer Perle 25 bzw. erhalten, die in einer gesonderten Bearbeitung hergestellt ist. Das Glas der Perlen 25 und 26 ist gleich

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dem des Kolbens 20. Zwischengläser sind nicht erforderlich.

Es sei noch bemerkt, dass sich die Hochfrequenzspule h gegebenenfalls bis ausserhalb der Schmelzzone erstrecken kann, um den Glas- und/oder Metallteil vorzuerhitzen. Die Erhitzung soll aber ausserhalb der Schmelzzone nicht derart hoch werden, dass das Glas an der betreffenden Stelle plastisch wird.

Die Nicht kurzgeschlossene elektrisch

leitende Wicklung braucht nicht schraubenlinienförmig zu sein, obwohl diese Form besonders geeignet ist. Es ist nämlich möglich, die Steigung und/oder den Durchmesser der Wicklung verschieden zu wählen und damit die Wärmeentwicklung und die Wärmeübertragung zu verändern. Es ist dann z.B. auch möglich, erlen aufzulegen, wobei von Glasrohren ausgegangen wird, deren Weite den Querschnitt des Metallteils erheblich überschreitet.

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Claims

PHN. 7639 17-6-1975 PATENTANSPRÜCHE;

1. Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes, der mindestens einen Glasteil enthält, in den ein Metallteil eingeschmolzen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Glasteil zunächst in die Form eines Rohres (7) gebracht wird, dessen Inneres etwa die. gleiche Form und den gleichen Querschnitt wie der Metallteil (6) aufweist, worauf das Rohr um den Metallteil angebracht wird und das auf diese ¥eise erhaltene Gebilde (6,7) erhitzt wird, indem es durch ein hochfrequentes elektrisches Feld zum Erzeugen einer Schmelzzone geführt wird, wobei sich in der Schmelzzone eine nicht kurzgeschlossene elektrisch leitende Wicklung (5) befindet, durch die das Gebilde geführt wird, nun die Erhitzung in einem nichtoxidierenden Schutzgas stattfindet .

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Wicklung (5) aus einem schraubenlinienförmig gewickelten Draht besteht .

3· Verfahren.nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass das Gebilde von Glasrohr (7) und Metallteil (6) während der Herstellung der Einschmelzung rotiert.

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4. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3»
dadurch gekennzeichnet, dass der Glasteil aus einem
üblichen Glas besteht und das Schutzgas schwach reduzierend ist.

5. Verfahren nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgas ein unbrennbares
Mischgas ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der Glasteil aus Quarzglas besteht- und das Schutzgas neutral ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgas aus Stickstoff besteht.

8. Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 d.g., dass die Vorrichtung ein Rohr aus nicht leitendem Material mit einer ihr umgebenden Hochfrequenzspule enthält und mit einer Gaszufuhr- und Gasabfuhröffnung versehen ist, wobei sich koaxial im Innern des Rohres gegenüber der Hochfrequenzspule eine elektrisch leitende, nicht kurzgeschlossene Wicklung befindet.

9. Gegenstand, der durch ein Verfahren nacheinander Ansprüche 1 bis 7 oder mittels einer Vorrichtung nach Anspruch 8 hergestellt ist.

10. Verwendung eines nach einem der Ansprüche

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1 bis 7 hergestellten Gegenstandes als Stromdurchführung in einer elektrischen Lampe.

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