DE2529004C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Glasdurchführung mit einem Glasteil, in den ein Metallteil eingeschmolzen ist - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Glasdurchführung mit einem Glasteil, in den ein Metallteü eingeschmolzen ist, wobei der Glasleil zunächst in die Form eines Rohres gebracht wird, dessen Inneres etwa die gleiche Form und den gleichen Querschnitt wie der Metallteü aufweist, worauf das Rohr um den Metallteü gebracht und das auf diese Weise erhaltene Gebilde erhitzt wird, indem es durch ein hochfrequentes elektrisches Feld geführt wird. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Durchführen sines derartigen Verfahrens,

Der Metallteü kann z. B. stabförmig, drahtförmig oder scheibenförmig sein; er kann auch hohl sein und z. B. die Form einer Buchse aufweisen.

Bei der Herstellung von Glasdurchführungen, insbesondere für Lampen, wie z. B. Gasentladungslampen und Glühlampen, ist es notwendig, Metallteile gasdicht in einen Glasteil, insbesondere in die Kolbenwand, einzuschmelzen. Die, erfolgreiche Durchführung eines derartigen Einschmelzvorgangs ist von vielen Faktoren abhängig- Diese Faktoren sind u.a. die Größe der Ausdehnungskoeffizienten der miteinander zu verbindenden Teile, die Atmosphäre, in der der Einschmelzvorgang, durchgeführt wird, und insbesondere die Handfertigkeit des Arbeiters, der die Einschmelzung herstellen muß.

Aus der DE-PS 14 96 535 ist ein Verfahren zur Herstellung von glasisoliertem Feinstdraht unmittelbar aus flüssigem Metall bekannt Hierbei entsteht in einem ringförmigen Hochfrequenz-Schmelzinduktor durch Schmelzen eines innerhalb eines Glasrohres eingeführten Drahtes ein Metalltropfen. Dieses geschmolzene Metall erweicht das Ende des Glasrohres, wobei sich eine Glaskapillare bildet, die ununterbrochen mit dem flüssigen Metall nächgefüllt wird. .

Die DE-PSi 00 970 befaßt sich mit einer Glühkathode, bei der ein Glühdraht durch ein QusLk-zröhrchen geführt' und an dieses angeschmolzen ist Offenbar erreicht man die Verschmelzung zwischen Glühdraht und Quarzröhrchcn lediglich durch Erhitzung des Glühdrahtes, d. h. durch Erhitzung des Quarzröhrchens von innen, was aber nicht zu einer gasdichten Verbindung führt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Glasdurchführung, bei dem ein aus einem Glasrohr und einem eingeschobenen Metallteü bestehendes Gebilde zwecks Erhitzung durch ein hochfrequentes elektrisches Feld geführt wird, anzugeben, bei dem der Metallteü nicht schmilzt sondern seine Form beibehält, und mit dem eine gasdichte Glasdurchführung erreicht wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren eingangs erwähnter Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst daß im Glasrohr eine Schmelzzone erzeugt wird, indem das Gebilde durch eine im hochfrequenten elektrischen Feld befindliche, nicht kurzgeschlossene elektrisch leitende Wicklung geführt wird, wobei die Erhitzung in einem nichtoxidierenden Schutzgas staK.'milet

Hierbei wird im allseitig erhitzten Glasrohr eine von vorn nach hinten verlaufende Schmelzzone erzeugt, so daß das Glas zonenweise mit dem Metallteü verschmilzt Dieses Verfahren kann allgemein für sehr verschiedene Materialien angewandt werden. Es läßt sich gut mechanisieren. Die erhaltene Durchführung ist völlig gasdicht und diese Gasdichtigkeit bleibt auch beim Betrieb erhalten. In der erhaltenen Einschmelzung ist der Spannungsaufbau gleichmäßig, wodurch die Gefahr von Sprüngen auf ein Mindestmaß beschränkt wird. Der Querschnitt des Metallteiles ist nicht verkleinert.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens nach der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Eine geeignete Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung enthält ein Rohr aus nicht leitendem Material mit einer dieses umgebenden Hochfrequenzspule und ist mit einer Gaszufuhr- und Gasabfuhröffnung versehen, wobei sich koaxial im Innern des Rohres gegenüber der Hochfrequenzspule eine elektrisch leitende, nicht kurzgeschlossene Wicklung befindet.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 skizzenweise einen Schnitt durch einen Draht mit einer darauf liegenden Perle,

Fig.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 stabförmiger 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 werden. .·..,·,..

Die in Fig.2 dargestellte Vorrichtung enthält ein ΐϊ weites Rohr 3, z. B. aus Glas oder Quarzglas, das von einer Hochfrequenzspule 4 umgeben ist. Mit dieser Spule 4. wird in dem Rohr 3 eine Schmelzzone erzeugt, d. h. eine Zone; to de das Material der herzustellenden Perle derart hoch erhitzt werden kann, daß es gut plastisch verformbar wird. In dem Rohr 3 ist weiter eine nicht kurzgeschlossen^ 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 4. 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 Schutzgas zugeführt werden kann, das dann in Richtung der Pfeile fließt

Die Perle wird nun auf folgende Weise hergestellt. Während der Gasstrom durch das Rohr 3 geführt und ein Hochfrequenzfeld mit Hilfe der Spule 4 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 4 erzeugte Hochirequenzfeld 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 Schmelzzone von innen und von außen her erhitzt. Durch die Verschiebung in Längsrichtung von links nach rechts wird zunächst der rechte Teil des Rohres plastisch werden und an dem Stab 6 haften. Dieser Zeitpunkt ist in F i g. 3 dargestellt. In dieser Stufe ist das Rohr 7 auf der linken Seite noch offen, wodurch Verunreinigungen, die aus dem Stab 6 und/oder dem Glasrohr 7 frei werden, nach links ausweichen können. Fi g. 4 zeigt den Zeitpunkt an dem bereits mehr als die Hälfte des Glasrohres an den Draht 6 geheftet ist. F i g. 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 Schutzgasstattfindet, j ist die Möglichkeit einer Oxidation des Metalls nahezu ausgeschlossen. Die hergestellte Perle ist daher völlig: pxidfrei und braucht nicht mehr geätzt zu werden. Da sich zwischen dem Draht und dem Glästeil der Perle, wie oben auseinandergesetzt wurde, keine „Veruhreinigungen ansammeln können, ist die Haftung'zwischen Glas und Metall vollkommen und somit gasdicht.

Mit Hilfe des erfindiingsgeinäßen 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 bei Anwendung von Quarzglasteilen die Schutzgasatmosphäre neutral sein muß. Für Quarzglas ist Stickstoff z: B. ein geeignetes Schutzgas: W^i bei Quarzglas ein schwach reduzierendes Gas, z. B. sogef-anntes unbrennbares Mischgas, d. h. ein Gemisch von 8% Wasserstoff und 92% Stickstoff, verwendet wird, bildet sich bei der Herstellung einer Quarzglasperle ein dunkelgetarbter Anflug zwischen dem Metallteil und dem Quarzglas, wodurch die Haftung 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 Schutzgas schwach reduzierend ist Dann ist unbrennbares Mischgas besonders geeignet

Mit Hilfe des Verfahrens nach der Erfindung können u.a. Glasperlen auf thoriertem Wolframdraht 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 weiden konnte. Thoriertes Wolfram ist jedoch für viele Gasentladungslampen ein besonders geeignetes Elektrodenmaterial im Zusammenhang mit seinen emittierenden Eigenschaften. Bisher war man bei Anwendung eines derartigen Materials gezwungen, die Stromdurchführung aus Wolfram herzustellen, während der Teil innerhalb des Entladungsraumes aus thoriertem Wolfram bestehen konnte, welcher Teil z. B. durch Schweißen an dem Wolframdurchführungsstift 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 dabri zwischen einigen Zehntel Millimeter und mehr als 2 cm gewählt werden. Gegebenenfalls kann ein derartiger Dureljiührungsdraht einen oder mehrere Kanäle aufweisen. Derartige Durchführungen können dann z. B. mittels eines Flüssigkeits- oder Gasstromes gekühlt werden.

F i g. 6 zeigt eiiie Hochdruck-Xenonbogenlampe, die aus einem Hartglaskolben 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. 26 erhalten, die in einer gesonderten Bearbeitung hergestellt ist. Das Glas der Perlen 25 und 26 ist gleich dem des Kolbens 20. Zwischengläser sind nicht erforderlich.

Es sei noch bemerkt, daß sich die Hochfrequenzspule 4 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. Perlen aufzulegen, wobei von Glasrohren ausgegangen wird, deren Weite den Querschnitt des Metallteils erheblich überschreitet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer Glasdurchführung mit einem Glasteil, in den ein Metallteil eingeschmolzen ist, wobei der Glastefl 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 gebracht und das auf diese Weise erhaltene Gebilde erhitzt wird, indem es durch ein hochfrequentes elektrisches Feld geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Glasrohr eine Schmelzzöne erzeugt wird, indem das Gebilde durch eine im hochfrequenten elektrischen Feld befindliche, nicht kurzgeschlossene elektrisch leiten- κ de Wicklung (5) geführt wird, wobei 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 Metallteü (6) während der Herstellung der Einschmelzung rotiert

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

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß das Schutzgas ein unbrennbares Mischgas iy.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daÖ der ölasteil aus Quarzglas besteht und das Schutzgas neu.·tal ist

7. Verfahren nach Ansprucn 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgas aus Stickstoff besteht

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