<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zum Verfestigen der Anschlussstellen von Glühkörperwendeln
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verfestigen, d. h. zum Erhöhen der mechanischen Wider- standsfähigkeit, der Anschlussstellen, also zumeist der Enden, von Glühkörperwendeln aus hochschmelzendem Metall, vorzugsweise Wolfram oder gegebenenfalls Molybdän, vakuumtechnischer Geräte, wie z. B. elektrischer Glühlampen, Leuchtröhren, Entladungsröhren, Radioröhren usw. Dementsprechend ist das neue
Verfahren sowohl zur Verfestigung der Anschlussstellen von einfach wendelförmigen, wie von doppelwen- delförmigen oder mehrfach wendelförmigen Glühkörpern geeignet.
Wendelförmige G1Uhkörper für obige Zwecke werden bekanntlich üblicherweise derart hergestellt, dass der die Wendel bildende Draht aus hochschmelzendem Metall, also vorwiegend ein Wolframdraht, mit der erforderlichen Ganghöhe auf einen Kerndraht aufgewickelt und im Falle der Herstellung von Doppelwendeln das derart erhaltene Gebilde auf einen zweiten Kerndraht aufgewickelt wird. Nach Zerstückelung des derart erhaltenen Gebildes wird der Kerndraht bzw. werden die Kerndrähte, die bei der Herstellung von Wolframdrahtwendeln üblicherweise aus Molybdän bestehen, aus dem Gebilde, zumeist auf chemischem Wege, entfernt.
Die derart hergestellten Wendeln bestehen meistens aus dünnem Draht, der ziemlich spröde ist, und deshalb ist an den Anschlussstellen, also in der überwiegenden Mehrzahl der Fälle, z. B. bei Glühkörpern von elektrischen Glühlampen, an den Enden der Wendeln, Bruchgefahr vorhanden. Da aber infolge eines Wendelbruches bekanntlich das Gerät, z. B. die Glühlampe, funktionsunfähig wird, wurden zur Verfestigung der Enden des wendelförmigen Glühkörpers bereits verschiedene Methoden vorgeschlagen und teilweise auch ausgeführt.
So ist es bekannt, die Enden des Glühkörpers mechanisch dadurch zu verfestigen, dass man in dieselben je einen aus Molybdändraht bestehenden Stöpsel, also ein kurzes Molybdändrahtstück, einsteckt. Dieses Verfahren ist aber mit verschiedenen Nachteilen behaftet, da es praktisch nur mittels Handarbeit durchgeführt werden kann, was infolge der kleinen Abmessungen der Glühkörper zeitraubend und umständlich ist. Ausserdem können beim Einstecken des kernartigen Stöpsels ebenfalls Glühkörperbrüche auftreten und der Glühkörper ist der Gefahr unerwünschter Deformation ausgesetzt.
Deshalb hat man bereits auch versucht, den Kerndraht an den Stellen, wo seine Anwesenheit erwünscht ist, im Glühkörper zu belassen, indem derselbe an diesen Stellen mit einer Schutzschicht überzogen wurde, die seine Auslösung aus dem Glühkörper durch das hiezu verwendete Lösungsmittel verhinderte. Hiedurch wurden zwar manche Nachteile des ersterwähnten Verfahrens vermieden, doch konnte sich dieses letztere Verfahren wegen seiner Umständlichkeit in der Praxis nicht verbreiten und verblieb im Experimentalstadium.
Bei der Herstellung von mittelbar beheizten Kathoden von Radioröhren ist es ferner oft üblich, die Enden der den Heizkörper der Kathode bildenden Wolframdrahtwendel mit einer Eisenoxydmasse zu überziehen. Zweck dieser Massnahme ist jedoch nicht die Verfestigung, d. h. die Erhöhung der mechanischen Widerstandsfähigkeit der Glühkörperenden, obzwar dies durch diese Massnahme in einem recht geringen Ausmass ebenfalls erfolgt.
Das Überziehen der Wendelenden mit dieser Eisenoxyd enthaltenden Masse bezweckt nämlich einerseits, das Anschweissen der Wendelenden an die Stromzuführungsdrähte zu erleichtern, was infolge der ansonsten recht schweren Verschweissbarkeit dieser Wolframdrahtwendeln erwünscht
<Desc/Clms Page number 2>
ist, und anderseits einen Schutz dieser mit keinem isolierenden Überzug versehenen Wendelenden gegen die bei einem etwaigen Durchschlag eintretende Funkenbildung zu sichern. Zweck und Durchführung die- ses bekannten Verfahrens sind daher von denjenigen des erfindungsgemässen Verfahrens grundverschieden.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird trotz der Einfachheit desselben sowohl eine ausgezeich- i nete mechanische Verfestigung der Anschlussstellen der Glühkörper, als auch ein hinreichend geringer Übergangswiderstand zwischen den Anschlussdrähten und dem an denselben zu befestigenden wendelförmi- gen Glühkörper erreicht, wobei das neue Verfahren auch zur maschinellen Durchführung im Grossbetrieb geeignet ist.
Erfindungsgemäss werden die Anschlussstellen, also zumeist die Enden, wendelförmiger, aus hoch- ) schmelzendem Metall bestehender Glühkörper für vakuumtechnische Geräte dadurch verfestigt, dass die- selben mit einem vom Metall des Glühkörpers abweichenden Metall oder einer Metallegierung, nach- stehend kurz"Überzugsmetall"genannt, im flüssigen Zustande des Überzugsmetalls, derart in Berührung gebracht werden, dass sich aus dem Überzugsmetall nach Erstarrung desselben ein stöpselartiger Verfesti- gungsüberzug bildet. Durch denselben werden nicht nur die einzelnen Wendelgänge bedeckt, sondern auch i der Hohlraum der Wendel an der Anschlussstelle ausgefüllt.
Demzufolge ist also dieser Überzug in mecha- nischer Hinsicht dem in der Wendel nach dem obenerwähnten früheren Vorschlag belassenen Kerndraht - stück bei hinreichender Festigkeit des Überzugsmetalls nicht nur gleichwertig, sondern bedeutend überle- gen, da er im innigeren Kontakt mit den einzelnen Wendelgängen steht und in der Regel auch die Zwi- schenräume zwischen den einzelnen benachbarten Wendelgängen ausfüllt.
Die einfachste Art der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, die wendelför- migen Glühkörper bis zu der gewünschten Tiefe in ein flüssiges Bad des geschmolzenen Überzugsmetalls einzutauchen, und nach ihrer Entfernung aus dem Bad die der Wendel anhaftende flüssige Überzugsmetall- menge durch natürliche oder beschleunigte Abkühlung erstarren zu lassen. Hiebei genügen kurze Ein- tauchzeiten von der Grössenordnung von Zehntelsekunden und Abkühlzeiten von der Grössenordnung von
Sekunden. Demzufolge kann man diese Art des Verfahrens auch bei solchen Überzugsmetallbädern ver- wenden, in denen, wie z. B. in Nickelbädern, das Wolfram nicht für längere Zeit ohne nachteilige Fol- gen belassen werden kann.
Es ist aber auch möglich, das Ende der Wendel nur bis zu einer ganz geringen Tiefe von z. B. 1 mm einzutauchen und so lange dort zu lassen, bis die Badflüssigkeit, z. B. Kupfer, infolge der Kapillarwirkung die Wendel bis zum gewünschten Mass überzogen und ihren Hohlraum ausgefüllt hat, wonach man die
Wendel aus dem Bad entfernt und das Überzugsmetall erstarren lässt. In beiden Fällen ist es aber er- wünscht, die Badtemperatur über dem Schmelzpunkt des Überzugsmetalls zu halten, damit das Bad genü- gend dünnflüssig sein soll.
Es ist ferner auch möglich, das Überzugsmetall an Ort und Stelle durch seine mitsamt der Wendel er- folgende Erhitzung zu schmelzen, indem auf die Wendel z. B. eine entsprechend bemessene Hülse des Überzugsmetalls geschoben und dort, z. B. durch Einbringen des Gebildes in einen Ofen entsprechender
Temperatur, geschmolzen wird. Hiebei dringt das geschmolzene Überzugsmetall auch in das Innere der
Wendel ein und sichert ebenfalls eine gute mechanische, Verfestigung der Anschlussstelle. Bei dieser Art der Durchführung des Verfahrens kann sich die Anschlussstelle nicht nur am Ende, sondern auch z. B. in der Mitte der Wendel befinden, wie dies bei manchen Geräten, insbesondere elektrischen Entladungsröhren, oft erforderlich ist.
In ähnlicher Weise kann aber auch ein in die Wendel geschobener Stöpsel des Überzugsmetalls an Ort und Stelle geschmolzen werden. Diese Art der Durchführung des neuen Verfahrens ermöglicht es auch, als Überzugsmetall solche Metallegierungen zu verwenden, die in geschmolzener Badform dazu neigen, sich in ihre Komponenten zu trennen, was bei der Schmelzung einer Hülse oder eines Stöpsels an Ort und Stelle erfahrungsgemäss nicht erfolgt.
In der Regel ist es erforderlich, das geschmolzene Überzugsmetalls mit der Wendel in einer die Oxydation verhindernden Schutzgasatmosphäre in Berührung zu bringen. Als Schutzgas kann, je nach den jeweiligen Umständen und Erfordernissen, Wasserstoff, Edelgas, Stickstoff oder ein Gemisch derselben verwendet werden, doch ist meistens die Verwendung einer reduzierenden Schutzgasatmosphäre vorzuziehen.
Entbehrlich ist das Schutzgas nur dann, wenn das Überzugsmetall einen so niedrigen Schmelzpunkt besitzt, dass bei dieser Temperatur eine Oxydation der Wendel nicht zu befürchten ist und auch das Überzugsmetall nicht oxydiert wird.
Das Überzugsmetall soll einen hinreichend unter dem Schmelzpunkt des Metalls der Wendel, aber über etwa 400 C liegenden Schmelzpunkt besitzen, damit es im Betrieb des Geräts nicht erweicht oder sogar schmilzt, sondern eine hinreichende mechanische Festigkeit besitzt. Ausserdem ist eine gute elek- trische Leitfähigkeit und chemische Widerstandsfähigkeit erwunscht. Aus obigen Gründen hat sich Kupfer als am besten geeignet erwiesen, doch kann auch Nickel oder Eisen verwendet werden.
Als geeignete Legie-
<Desc/Clms Page number 3>
rungen haben sich Kupfer-Silber-, ferner Eisen-Nickel-Legierungen erwiesen, doch können, insbesondere dann, wenn das Überzugsmetall an Ort und Stelle geschmolzen wird, auch andere, gegebenenfalls ternä- re oder quaternäre, Legierungen verwendet werden Die Wahl des Überzugsmetalls hängt daher sowohl vom
Werkstoff der Wendel, der durch das Überzugsmetall nicht nachteilig beeinflusst, z. B. durch dasselbe ge- löst oder mit demselben legiert werden soll, als auch von der Art der Durchführung des Verfahrens und vom verwendungszweck, d. h. den Betriebsbedingungen, der verfestigten Wendel ab. Es ist aber, insbe- sondere bei Verwendung des Überzugsmetalls in Badform, meistens vorteilhaft, ein Überzugsmetall zu ver- wenden, das in hinreichend dünnflüssigem Zustand das Metall der Wendel gut benetzt.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird nachstehend in einem Beispiel näher beschrieben, ohne aber irgendwie auf dasselbe beschränkt zu sein.
Beispiel : Zwecks Verfestigung der Anschlussstellen des Glühkörpers einer handelsüblichen gas- gefüllten elektrischen Glühlampe für 220 Volt Spannung und 200 Watt Verbrauch verfährt man wie folgt :
Der Glühkörper besteht aus einem einfach wendelförmigen Wolframdraht von etwa 0,05 mm Durch- messer, der Aussendurchmesser der Wendel beträgt etwa 0,5 mm, ihre Länge etwa 78 mm. Diese Wendel wird in einer aus Wasserstoff bestehenden Schutzgasatmosphäre mit ihrem Ende bis zu einer Tiefe von
4 mm in das Bad des Überzugsmetalls getaucht, dann herausgezogen und in der Schutzgasatmosphäre bis zum Erstarren des Überzugsmetalls abgekühlt, was infolge der guten Wärmeleitfähigkeit des Wasserstoffs bei strömendem Schutzgas praktisch sofort nach dem Herausziehen aus dem Bad erfolgt.
Infolge der kurzen Eintauchzeit und der raschen Erstarrung erfordert daher der Vorgang nur eine Zeit von der Grössenordnung von Sekunden und kann leicht mechanisiert werden. Der Aussendurchmesser der Wendel wird durch diese Art der Verfestigung nur in derart geringem Mass erhöht, dass diese Durchmesserveränderung praktisch vernachlässigt werden kann, also an der Einstellung der diese Wendeln an die Halterungsdrähte befestigenden Maschine nichts geändert werden muss.
Das Bad des Überzugsmetalls wird auf einer die Schmelztemperatur des Bades etwas übersteigenden Temperatur gehalten. Die Badtemperatur beträgt also beim Kupferbad etwa 1150 C, beim Nickelbad etwa 1550OC, beim Eisenbad etwa 16000C.
Bei der Verwendung einer geeigneten Einspannvorrichtung ist es bei der obengenannten Wendel infolge ihrer Länge und Biegsamkeit auch möglich, beide ihrer Enden gleichzeitig in das Bad des Überzugsmetalls einzutauchen, Hiedurch wird neben noch bedeutenderer Zeitersparnis auch praktisch vollkommene Identität der Verfestigungsüberzüge an beiden Enden der Wendel erreicht.
Bei der Betrachtung der Enden der erfindungsgemäss verfestigten Wendel durch ein starkes Vergrösserungsglas bzw. Mikroskop kann sofort erkannt werden, dass die Verfestigung mittels eines geschmolzenen Überzugsmetalls erfolgte, und es können daher die Produkte des neuen Verfahrens leicht identifiziert werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Verfestigung der Anschlussstellen von wendelförmigen Glühkörpern vakuumtechnischer Geräte, insbesondere von Wolframdrahtwendeln elektrischer Glühlampen, unter Verwendung eines vom Werkstoff der Wendel abweichenden metallischen Materials, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussstelle mit einem Überzugsmetall im geschmolzenen Zustand desselben derart in Berührung gebracht wird, dass das Überzugsmetall nach seiner Erstarrung an der Anschlussstelle einen stöpselartigen Verfesti- gungsüberzug der Wendel bildet.