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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung - unter Anwendung der Widerstands- schweissung-zweipunktig geschweisster Verbindungen vorzugsweise bei in Hartglas oder Quarz- glas abgeflachten Stromeinführungen hohen Schmelzpunktes des Stab-Folie-Stab-Typs.
Die im allgemeinen aus Molybdän und Wolfram hergestellten Stromeinführungen hohen
Schmelzpunktes werden nach den bekannten und weit verbreiteten technologischen Methoden mit- tels einer geschärften Molybdänfolie in eine aus Hartglas oder Quarzglas bestehende Abflachung eingebaut und nämlich derart, dass die stabförmigen Stromeinführungen mit den Enden der Molyb- dänfolie auf eine elektrische Leitung gewährleistende Weise, insbesondere durch Widerstandspunkt- schweissung, verbunden werden.
Die oben angeführte Konstruktionslösung ist ziemlich kompliziert und deswegen wirft sie schwe- re verbindungstechnologische Probleme auf : die zusammenzuschweissenden Stoffe sind schwer schweiss- bar und der Vorgang wird durch den hohen Unterschied zwischen den Abmessungen (der Durchmes- ser der stabförmigen Stromeinführung macht 0, 4 bis 1 mm aus, und die Dicke der Folie beträgt lediglich 0, 02 bis 0, 03 mm) in erster Linie und durch die Unbestimmtheit der miteinander sich berührenden Oberflächen in zweiter Linie erschwert. Die Unbestimmtheit bedeutet, dass die Erzeu- gende der miteinander sich berührenden Oberflächen während des Schweissvorganges immer breiter wird. Ein weiteres Problem liegt darin, dass es einen grossen Unterschied zwischen den Werten der
Wärmeausdehnungskoeffizienten des Glases und des Molybdäns bzw.
Wolframs gibt, was zur Ent- stehung von hohen mechanischen Spannungen während der Arbeit der Lampe, und insbesondere bei der Ein- und Ausgestaltung deren führt. Infolge der in der Abflachung zustandegekommenen mechanischen Spannungen treten Brechungserscheinungen bei der Folie auf, die in dem Bereich des
Wärmeeffektes der Schweissung einer nachteiligen Rekristallisation unterworfen ist.
Zwecks Vermeidung der Rekristallisation des Wärmebereiches ist die Lösung bekannt, wonach ein metallisches (z. B. aus Platin, Tantal bzw. bestehendes) Mittelstück verwendet wird, und nämlich zur Verminderung der zum Zustandekommen der Verbindung notwendigen Temperatur. Dadurch kann eine bedeutende Verminderung der Temperatur erreicht werden, was zur Vermeidung der Rekristallisation führt, weil in der Zone der Schweissung eine Überhitzung der Folie nicht erfolgen kann. Es kann auch zweckmässig sein, die Kornfeinheit des Molybdäns in der Folie zu verringern, wozu entsprechende Legierungskomponenten verwendet werden können und wodurch eine Erhöhung der Temperatur der Rekristallisation erreichbar ist.
Nach einem andern bekannten Verfahren wird eine vorbeglaste Stromeinführung in der Abfachung eingebaut. Diese Lösung findet insbesondere bei den Lichtquellen hoher Lebensdauer anstatt der Konstruktion des Stab-Folie-Typs Anwendung. Dazu wird zumindest ein entsprechendes Verbindungsglas angewendet, das die Möglichkeit der spannungsfreien Einlötung der Stromeinführung hohen Schmelzpunktes in das Quarzglas bietet.
Der gemeinsame Nachteil der oben beschriebenen bekannten Verfahren ist die Anforderung an eine zusätzliche Arbeitsmenge zwecks Vorbereitung der Beschichtung bzw. Legierung, oder des Mittelstückes, wodurch gegebenenfalls die Aufwände auf die Stoffe auch bedeutend erhöht werden können.
Der Zweck der Erfindung besteht in der Erarbeitung eines Verfahrens, welches bei der Mengenherstellung von den in Abflachungen einzubauenden Stromeinführungen der Konstruktion von Stab-Folie-Typ zum Schweissen deren anwendbar ist, wobei in Betracht ziehend die Zuverlässigkeit der Lampe eine Verbindung ausgezeichneter Qualität zu erreichen ist, ohne dass bei der Folie die Anwendung eines Mittelstückes (nämlich einer Folie oder einer Beschichtung) oder bei den Stromeinführungen die Anwendung einer Vorbeglasung notwendig ist.
Infolge der ungünstigen Belastbarkeitseigenschaften der traditionellen linienartigen Punktnähte kann die Abänderung der Geometrie der Naht als zweckdienlich betrachtet werden, weil bei den bekannten Schweissnähten die grosse Wärmemenge, die das Schmelzen der Molybdän und/oder Wolfram enthaltenden Elemente hohen Schmelzpunktes beim Schweissen bewirkt, die Rekristallisation des Bereiches der Wärmeeingabe zur Folge hat.
Falls eine Schweissnaht grosser Oberfläche zu erzeugen ist, wird die dünne Folie im ganzen Querschnitt einer Rekristallisation untergebracht, und demzufolge treten Risse bei den Korngrenzen während der weiteren Bearbeitung auf, was alle spätere Verwendung deren in der Lichtquellentechnik ausschliesst.
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Unter dem Gesichtspunkt der statischen und dynamischen Belastungen kann die für die beiden günstige Form der Naht auf Grund der Prüfung der unter Einwirkung der Belastungen auftretenden
Spannungen vorgenommen werden ; da das zulässige Verhältnis der Zugspannungen und der Scher- spannungen dem Verhältnis der Elastizitätsmodule bei der Molybdänfolie gleich ist, und die Belast- barkeit bei der Beanspruchung auf Scherung und Zerreissung annähernd dreimal so hoch ist wie bei reiner Scherung (die Werte der Elastizitätsmodule für das Molybdän betragen :
E = 3, 4. 105 N/mm2 und G = 1, 28. 105 N/mm2). Das bedeutet, dass die Vergrösserung der längsrichtigen Abmessung der
Naht in erster Linie - wegen des grossen Bedarfes an die einzuleitende Wärmeenergie - zur Stei- gerung der Gefahr der Rekristallisation führt, währenddessen sich die statische Belastbarkeit der
Verbindung kaum ändert und gleichzeitig die dynamische Belastbarkeit infolge der erschwerten
Formänderung eine bedeutende Verschlechterung zeigt.
Mittels technologischer Versuche und Zugfestigkeitsprüfungen kann die obige Erkenntnis viel- seitig bewiesen werden, auf Grund deren zur Sicherung des notwendigen Nahtquerschnittes bei der
Schweissung von Stromeinführungen die Anwendung der zweipunktigen Schweissung als zweckmässig ansehbar ist. Die dynamische und statische Belastbarkeit solch einer Verbindung ist ausgezeich- net ; die Gestalt der punktförmigen Naht ist ideal, weil sie im Querschnitt annähernd kreisförmig ist, und die Länge der auf Scherung und Reissung beanspruchten Nahtbereiche verdoppelt wird.
Dadurch kann ein sehr günstiger Wert der auf Längeneinheit zugelassenen Belastung erreicht werden. Die Festigkeit der Naht ist annähernd gleich der des Grundstoffes, weil derart die Ver- meidung der Rekristallisation gewährleistet werden kann.
Die DE-OS 2604696 enthält eine Lehre wie die zweipunktige Schweissung der Verbindung zwi- schen der Folie und der stabförmigen Stromeinführung zu schaffen ist : die Folie wird in Quer- richtung eingeschnitten und durch den derart aufstehenden Schlitz wird die Stromeinführung durch- geführt, und nämlich derart, dass ein Teil deren unter der Folie, ein anderer Teil oberhalb der
Folie angebracht wird, und danach werden die Teile durch Widerstandsschweissung vereinigt. Der eine Schweisspunkt entsteht derart bei der unteren und der andere bei der oberen Widerstands- schweissungselektrode zwischen der stabförmigen Stromeinführung und der Folie.
Der Nachteil der beschriebenen Lösung besteht darin, dass die eingeschnittene Folie eine Verringerung der Festigkeit zeigt, weiters, dass der Unterschied zwischen den Ebenen der Schweisspunkte zur Verminderung der Belastbarkeit der zweipunktigen Verbindung führt. Eine weitere Schwierigkeit ist darin zu sehen, dass in Bedingungen der Mengenherstellung die Einführung der stabförmigen Stromeinführung in den Schlitz eine schwere Aufgabe bildet und weiters in der Tatsache, dass es unmöglich ist, eine gute Symmetrie der Anordnung der Schweisspunkte zu erreichen, weil bei der Folie die genaue Einstellung der Abstände erschwert ist.
Der Erfindung wurde die Aufgabe gestellt, das Verfahren der zweipunktigen Schweissung weiter zu entwickeln und die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen zu beseitigen. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Folie automatisch dosiert werden kann, falls gleichzeitig eine speziell aufgebaute Elektrode zur Wiederstandsschweissung zwecks Verbindung der stabförmigen Stromeinführung mit einer Seite der Folie verwendet wird.
Zwecks Lösung der gestellten Aufgabe wurde ein Verfahren zur Herstellung zweipunktig geschweisster Verbindungen von in Hartglas oder Quarzglas abgeflachten Stromeinführungen hohen Schmelzpunktes des Stab-Folie-Stab-Typs erarbeitet, wobei die Verbindungen durch Widerstandsschweissung hergestellt werden und erfindungsgemäss eine zweipunktige Verbindung in einem einzigen technologischen Schritt, unter Anwendung einer Rohrelektrode zumindest an einer Seite geschafft werden.
Die Bedingungen der Wärmeübergabe können vorteilhaft beeinflusst werden, falls der Bohrungsdurchmesser der Öffnung der zur Widerstandsschweissung angewendeten Rohrelektrode das 0, 5bis 1, 5malige des Durchmessers der Stromeinführung, bzw. der Entladungselektrode oder der Glühspirale beträgt.
Die Qualität der hergestellten Verbindung kann vorteilhaft derart mittelbar geprüft werden, dass in der Umgebung der herzustellenden Verbindung die Temperaturstrahlung der Oberfläche der Folie während des Schweissvorganges detektiert wird, und zur Erfassung sowie zur Erzeugung eines weiter verarbeitbaren Signals ein entsprechendes Erfassungselement, z. B. ein Photodetektor in
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der Öffnung der Rohrelektrode angeordnet wird.
Bei der Mengenherstellung kann das Signal des Erfassungselementes zur Steuerung der Aus- wahl der fehlerhaft geschweissten Stromeinführungen verwendet werden. Das Signal ist auch dazu geeignet, ein System zur Regulierung des Schweissvorganges zu schaffen.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird nachstehend durch beispielsweise dargestellte Verwirk- lichungen näher erläutert, wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer in Quarzglas abgeflachten Stromeinführung, Fig. 2 die Obenansicht einer Abflachung bei einer mit Halogenid gefüllten Lichtquelle, wobei die Stromeinführung durch zweipunktige Widerstandsschweissung hergestellt worden ist, und Fig. 3 eine mögliche Verwirklichung des erfindungsgemässen Verfahrens bei Herstellung der Stromeinführung nach Fig. 2.
In Fig. l ist eine Stromeinführungseinheit zu sehen, die in der aus Quarzglas vorbereiteten Abflachung einer Hochdruck-Entladungslampe angeordnet ist. Diese Einheit enthält eine Stromein- führung-l-und eine Folie --2--, die in Verbindungsstellen --5-- sowohl mit der Stromeinfüh- rung-l-als auch mit einer Entladungselektrode --3-- gekoppelt ist. Eine Abflachung --4-des Quarzglases umfasst die Folie --2-- zwischen den Verbindungsstellen --5-- und gewährleistet die vakuumdichte Abschliessung.
Nach Fig. 2 sind die Stromeinführung-l-und eine Glühspirale --6-- mittels zweipunktigen Verbindungen --7-- mit der Folie --2-- gekoppelt. Die zweipunktige Verbindung --7-- bewirkt eine Vergrösserung jener Oberfläche der Stromeinführung-l-bzw. des geraden Teiles der Glühspirale --6--, die an der Oberfläche der Folie --2-- anliegt. Das folgt aus der Tatsache, dass der notwendige Querschnitt der Verbindung infolge der günstigen geometrischen (annähernd kreisförmigen) Gestaltung der Naht unter dem Gesichtspunkt sowohl der Belastbarkeit als auch der Stromleitung gewährleistet werden kann.
Die zweipunktigen Verbindungen --7-- werden in einem einzigen technologischen Schritt hergestellt und demzufolge tritt keine Nebenschlusswirkung auf, welche die Beschränkung des Abstandes zwischen den Verbindungspunkten notwendig machen würde.
Das erfindungsgemässe Verfahren der zweipunktigen Widerstandsschweissung wird nach Fig. 3 bei der Herstellung einer zweipunktigen Verbindung der Stromeinführung unter Verwendung einer Rohrelektrode --8-- verwirklicht.
Bei der Widerstandsschweissung wird die Wärmeenergie bei den Punkten befreit, wobei sich die zu schweissende Oberfläche mit der Rohrelektrode --8-- berührt. Der durch die Rohrelektrode ausgeübte Druck soll bei den beiden Schweisspunkten gleichwertig sein, um die identische Festigkeit der Verbindung sichern zu können. Das kann durch die Symmetrie der Rohrelektrode --8--
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anzuwenden, die der Rohrelektrode --8-- zugepasst werden soll : Durch diese Zupassung können Nähte guter Qualität, von gleichem Ausmass hergestellt werden.
Zur Realisierung der Schweissverbindung zwischen der Stromeinführung --1-- der Folie --2-- in zwei getrennten Punkten mittels Widerstandsschweissung soll die Rohrelektrode --8-- mit einer Bohrung ausgestattet werden, deren Durchmesser grösser ist als die Breite der Verbindungsstel- le-5-.
Zur mittelbaren Prüfung der Festigkeit der Verbindung wird die Erfassung der Temperaturstrahlung der Oberfläche jener Strecke der Folie vorgeschlagen, die zwischen den Punkten der Verbindungsstelle --5-- liegt. Die Methode der Strahlungsdetektierung kann bei der beschriebenen Gestaltung der Stromeinführung und bei der zweipunktigen Widerstandsschweissung günstig verwendet werden. Der wohlbekannte einfache infrarote Strahlungsdetektor (der Phototransistor) gewährleistet die Möglichkeit einer kontaktlosen Beobachtung der Naht und des Aufstehungsvorganges deren, wobei mittelbar die Temperaturstrahlung des Wärmebereiches des Schweissens, nämlich die von der Oberfläche stammende Strahlung registriert wird.
Ein Photodetektor --9-- wird in die Bohrung der Rohrelektrode --8-- eingebaut und zur Erfassung der Temperaturstrahlung der Oberfläche der Folie --2-- vorgesehen. Durch Vergleichung der gemessenen oder erfassten Werte mit einem experimentell festgestellten Pegel der Signalamplitude können die fehlerhaften Verbindungen ausgesiebt werden. Dadurch können die zufälligen Ein-
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wirkungen einer Vielzahl von der Qualität der Schweissnaht während der Widerstandsschweissung beeinflussenden Veränderlichen ausgeschlossen werden. Gleichzeitig ist es möglich, zu den weiteren technologischen Schritten lediglich solche elektrische Einheiten weiterzuleiten, die die beanspruch- ten Qualitätsbedingungen erfüllen.
Zwecks näherer Darstellung des vorgeschlagenen Verfahrens der zweipunktigen Widerstands- schweissung werden weiters praktische Beispiele beschrieben.
Beispiel 1 :
Die Stromeinführung --1-- von 0, 6 mm Durchmesser einer Hochdruck-Gasentladungslampe wur- de zu einer Folie --2-- von 22 11m Dicke zugeschweisst. Dazu wurde ein Paar von Rohrelektroden - verwendet, deren äusserer Durchmesser D = 3 mm und die Bohrungsdurchmesser df = 1 mm betragen. Die Rohrelektroden --8-- wurden mit einem aus Wolfram durch Zusammensinterung her- gestellten Einlagestück versehen. Die Schweissung dauerte 1 Periode, wobei eine sekundäre Wechsel- spannung 2 V von 50 Hz Frequenz und eine Elektrodenkraft 100 N verwendet wurden.
Im Wärmebereich der Schweissung konnte keine Rekristallisation festgestellt werden. Die Ver- bindungen werden einer Zerreissfestigkeitsprüfung untergebracht, die bewies, dass die zweipunkti- gen Verbindungen --7-- mit zweimal so hohen Werten der Scherkraft und Zerreisskraft zu kenn- zeichnen sind, wie die mittels vorher bekannter Methoden geschweissten Verbindungen.
Beispiel 2 :
Eine Entladungselektrode --3-- von 1, 2 mm Durchmesser einer Hochdruck-Entladungslampe wurde zu einer Folie --2-- von 25 11m Dicke zugeschweisst. Dazu wurde eine Rohrelektrode --8-- von D = 3 mm äusserem Durchmesser und von df = 1, 5 mm Bohrungsdurchmesser sowie eine Schweiss- elektrode --10-- von D = 3 mm Durchmesser verwendet. Die Rohrelektrode --8-- wurde mit einem aus Wolfram zusammengesintertem Einlagestück versehen.
Es konnte festgestellt werden, dass es genug ist, wenn zum Schweissen lediglich an der Seite der Folie --2-- eine Rohrelektrode --8-- angewendet wird, und die Schweisselektrode bei der
Stromeinführung ein einfacher geschleifter Wolframstab ist.
Beispiel 3 :
Im Innenraum der Rohrelektrode --8-- wurde ein Detektor --9-- zur Erfassung der Temperaturstrahlung angeordnet. Als Detektor --9-- kann eine Photodiode oder ein Phototransistor dienen.
Der Detektor --9-- wurde zur Erfassung der Intensität der in der Umgebung jenes Punktes der Folie --2-- messbaren Temperaturstrahlung eingestellt, der in der Achse der Bohrung der Rohrelektrode --8-- liegt.
Die Photodiode ist auf die Wellenlängen empfindlich, die die über 1000C liegende Wärmestrahlung darstellen, und bei höheren Temperaturen gewährleistet sie einen Photostrom, dessen Stärke zur Temperaturstrahlung proportionell und in höheren Temperaturbereichen sehr steil erhöhend ist.
Es sind verschiedene schaltungstechnische Lösungen bekannt, die zur Registration der durch Verstärkung des Photostromes erhaltbaren Signale geeignet sind.
Zur Detektierung der Temperaturstrahlung wurde ein Phototransistor vom OS 13 Typ eingestellt, dessen Photostrom während des Schweissens mittels eines Speicheroszillators von Tektronix 700 Typ gespeichert wurde. Der Photostrom wurde in Form von entsprechenden Signalen registriert.
Derart wurden die zeitigen Vorgänge der Wärmestrahlung der beobachteten Folienteile während der Schweissung festgestellt. Danach konnten experimentell die Grössen der Photostromsignale den einzelnen Werten der Nähte zugeordnet werden.
So z. B. betrug das Ausgangssignal der von uns verwendeten Messanordnung bei der Prüfung einer Schweissnaht guter Qualität über 2 V. Die Werte sind zum beim Schweissen messbaren Photostrom proportionell.
Falls ein Minimalwert des Photostromes vorgeschrieben wird, und auf Grund dessen ein Verfahren zum Auswählen von Fehlstücken eingeführt wird, ist die Steigerung der technologischen Sicherheit der Lampenherstellung bei der Verwendung des vorgeschlagenen Verfahrens der zweipunktigen Widerstandsschweissung erreichbar.
Zur Prüfung der theoretischen Ausführungen wurden zwei Proben von je 20 Stücken durch Schweissen vorbereitet, wobei in jeder Probe 2 Stück durch einen Photostrom unterhalb des vor-
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