DE1621008C3 - Verfahren zum Verbinden von Gegenständen unter Verwendung eines Lötglases durch Eintauchen in eine Glasschmelze - Google Patents

Description

Es ist bekannt, beispielsweise Frontplatte und Trichter einer Fernsehröhre dadurch miteinander zu verbinden, daß die Stirnkanten des Trichters und der Frontplatte mittels Brennerelektroden auf eine ausreichende Temperatur vorgewärmt werden, die es erlaubt, einen Strom durch die erwärmten Teile zu schicken; die aufeinanderliegenden Kanten beider Teile werden dann durch die erzeugte Joulsche Wärme miteinander verschmolzen. Diese Art der Vorwärmung der Stirnkanten miteinander zu verbindender Glasgegenstände nimmt jedoch verhältnismäßig viel Zeit in Anspruch. Hinzu kommt, daß über die Brennerelektroden Vibrationen in den zu verbindenden Teilen entstehen, die deren Abblättern oder Brechen zur Folge haben können. Soweit die zu verbindenden Glasgegenstände Metallteile aufweisen, ergibt sich die Schwierigkeit, daß der Strom im wesentlichen durch den metallischen Teil und nur mit einem sehr geringen Anteil durch den Glasteil fließt, so daß sich dieser nicht ausreichend erwärmt.

Es ist ferner, wie bereits oben angegeben, bekannt, die zu verbindenden Gegenstände in eine Glasschmelze einzutauchen. Die Schwierigkeit bei der Herstellung dieser Verbindung besteht darin, daß die Schmelze im Bereich der eingetauchten Kanten infolge der von diesen absorbierten Wärme verhältnismäßig abkühlt, insbesondere dann, wenn die zu verbindenden Teile eine große Wärmekapazität aufweisen, weil die Viskosität der Schmelze im Bereich der eingetauchten Kanten sich dabei so steigert, daß ein Anhaften der Schmelze verhindert wird. Beläßt man

ίο in diesem Falle die zu verbindenden Kanten länger in der Schmelze, dann entsteht die Gefahr des Schmelze ns der Kanten selbst und die daraus bewirkte unerwünschte Verformung der zusammenzufügenden Teile.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Schwierigkeiten zu vermeiden und ein einwandfreies Verbinden der in die Glasschmelze eingetauchten Kanten sicherzustellen. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die zu verbindenden Flächen der Gegenstände nah aneinander gehalten und in dieser Anordnung in die eine Viskosität von weniger als 100 Poise aufweisende Glasschmelze kurze Zeit eingetaucht werden, während durch die oberen Schichten der Schmelze zwischen Elektroden ein elektrischer Strom fließt. Die Elektroden können dabei unmittelbar unterhalb der Oberfläche der Schmelze angeordnet sein und mindestens einer der zu verbindenden Gegenstände kann als Elektrode dienen. Beim Herausnehmen der Gegenstände aus der Schmelze kann der Stromfluß von der Oberfläche der Schmelze durch die von den Gegenständen herabfließende Schmelze geleitet werden. Dabei kann eine Elektrode unterhalb der Oberfläche der Schmelze und die andere am der Schmelzenoberfläche zugewandten unteren Bereich der Gegenstände angeordnet sein. Schließlich empfiehlt es sich, wie an sich bekannt, die Gegenstände mit senkrecht zur Oberfläche der Schmelze stehenden Ringebenen eingetaucht und um die Ringachse zu drehen.

Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens in schematischer Darstellung, teilweise geschnitten,

Fig. 2 die Schnittdarstellung zweier verbundener Gegenstände in vergrößertem Maßstab,

Fig. 3 die Schnittdarstellung einer anderen Verbindung von Gegenständen,

Fig. 4 die Draufsicht auf die Verbindung nach Fig. 3,

Fig. 5 und Fig. 6 Schnittdarstellungen wieder anderer Verbindungen von Gegenständen, Fig. 7 die Schnittdarstellung des Verbindens der Frontplatte mit dem Trichter einer Fernsehröhre,

Fig. 8a, 8b, 8c die Stufen einer anderen Form der Verbindung der Gegenstände,

Fig. 9 a, 9b, 9c eine andere Art der Stromdurchführung durch die zu verbindenden Gegenstände als bei der Darstellung nach den Fig. 8a, 8b, 8c,

Fig. 10a, 10b die Darstellung einer wieder anderen Art des Verbindens zweier Gegenstände,

Fig. 11 und 12 eine weitere Art des Verbindens zweier Gegenstände in rechtwinklig zueinander Hegenden Ansichten,

Fig. 13 eine weitere Form der Verbindung zweier Gegenstände, und

Fig. 14 noch eine andere Form der Verbindung

zweier Gegenstände.

Wie aus Fig. 1 zu erkennen, befindet sich in einem Schmelztiegel 1 ein Körper aus einer geschmolzenen, glasartigen Zusammensetzung mit niedrigem Schmelzpunkt mit beispielsweise einem Koeffizienten für lineare Expansion von 98 X 10"¹Cm/⁰ C im Temperaturbereich zwischen 100° C und 300° C und einer Schmelztemperatur von 5 10° C. Diese Schmelze wird bei einer Temperatur von 1200 bis 1300° C gehalten, so daß sich eine Viskosität von weniger als 100 Poise ergibt. Die Temperatur, bei der darüberliegende Viskositätswerte erreichbar sind, ist verschieden für unterschiedliche, glasartige Zusammensetzungen; 1300 bis 1400° C für Kalziumkalkglas und etwa 1600° C für Borsilikatglas.

Zwei Wolframdrähte von etwa 2 mm Durchmesser, die die Elektroden 3 bilden, sind in der dem Körper 2 ausgesetzten Oberfläche angeordnet und etwa 30 mm voneinander entfernt. An die Elektroden 3 ist ein handelsübliches Wechselstromaggregat von 50 Hz über einen regelbaren Umformer 4 und einen Stabilisator 5 angeschlossen.

Die Joulsche Wärme, die durch den durch die Schmelze gehenden Strom erzeugt wird, indem ein Wechselstrom auf die Elektroden 3 aufgebracht wird, kann zur Erwärmung der Schmelze neben den Brennerelektroden verwendet werden.

Zwei Glasplatten, die miteinander verbunden werden sollen, werden parallel und senkrecht bis auf eine Tiefe von beispielsweise 2 mm in die geschmolzene glasartige Verbindung eingetaucht. Die Glasplatten 6 in diesem Beispiel sind 2 mm dick und haben einen linearen Expansions-Koeffizienten von 96 X 10~⁷ cm/° C in einem Temperaturbereich zwischen 100° C und 300° C, und eine Schmelztemperatur von 630° C. Obwohl die Glasplatten 6 in leichtem räumlichen Abstand voneinander dargestellt sind, können sie miteinander in engem Kontakt stehen, um die Kapillarwirkung zu verwenden, die an der Zwischenfläche zwischen den Platten infolge der relativ niedrigen Viskosität der geschmolzenen Lösung auftritt.

Da die Leitfähigkeit des glasartigen Materials im allgemeinen plötzlich ansteigt, wenn seine Temperatur 500° C übersteigt, ist nur eine relativ geringe Spannung erforderlich, um einen ausreichenden Strom zwischen die Elektroden 3 durch die Schmelze zu schicken, deren Temperatur oberhalb von 1000° C zum Zeitpunkt des Eintauchens der Glasplatten 6 liegt. Indem zunächst ein Wechselstrom von 260 Volt durch die Schmelze gebracht wird, der sich zunächst in der Oberflächenschicht konzentriert, erhält man nach 3 Minuten einen Strom von 4 Ampere pro 1 cm Elektrode durch eine aufgebrachte Spannung von 48 Volt.

Die Glasplatten 6 werden durch die Joulsche Wärme des durch die Schmelze gehenden Stromes erwärmt, so daß kein Temperaturabf all in der Schmelze im Bereich der eingetauchten Teile der miteinander zu verbindenden Stücke auftritt, und die eingetauchten Teile schnell benetzt werden und unmittelbar nach dem Eintauchen hochgezogen werden können.

Im Falle der Glasplatten, die eine Dicke von 2 cm besitzen, werden die Kanten vollständig miteinander verbunden nach einem Eintauchen von etwa 2 Sekunden, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Paarige Glasplatten können erhalten werden, indem das obige Bindeverfahren über die gesamte Peripherie der Glasplatten 6 ausgeführt wird. Das in Fig. 3 und 4 dargestellte Halbfertigprodukt wird erhalten, indem eine Vielzahl von konzentrischen Kohlglaszylindern mit unterschiedlichem Durchmesser in die Schmelze getaucht werden.

Wenn die eingetauchten Teile aus Glas bestehen, wie dies oben der Fall ist, steigt die Temperatur der eingetauchten Teile auf mehr als 500° C, so daß der Strom ebenfalls durch diese Teile geht und den Temperaturanstieg dieser Teile unterstützt.

ίο Fig. 5 zeigt eine zusammengesetzte Einheit, die durch Zusammenfügen einer Glasplatte 14 mit einer Dicke von 2 mm mit einer Nickel-Eisenplatte 15 von einer Dicke von 0,4 mm durch Eintauchen erhalten wird. Fig. 6 zeigt eine weitere zusammengesetzte Einheit, die durch Eintauchen zweier Platten 16 aus einer Nickel-Eisenlegierung erhalten wird.

Fig. 7 illustriert die Anwendung der Erfindung auf das Versiegeln einer Stirnplatte 10 mit dem Trichter 13 einer Braunschen Röhre, indem die geflanschten Teile 11 und 13 beider Teile zusammengebracht werden und die geflanschten Teile progressiv in die Schmelze getaucht werden, durch welche ein bestimmter Strom fließt und die Teile konstant gedreht werden sowie die eingetauchten Teile aus dem Kontakt mit der Schmelze entlang der gesamten Peripherie der Teile nacheinander herausgebracht werden. Wenn die Teile senkrecht zur Stromrichtung gedreht werden, werden die eingetauchten, geflanschten Teile immer mit der frisch erwärmten Schmelze in Berührung gebracht, so daß die eingetauchten Teile keinem Temperaturabfall unterliegen und das ganze Versiegeln nur 20 bis 30 Sekunden in Anspruch nimmt.

Wie beschrieben, wird die obere Schicht der Schmelze, in welche die zu verbindenden Teile eingetaucht sind, durch die Joulsche Wärme des dadurch fließenden Stromes erwärmt, so daß beim Eintauchen von Metallteilen, die eine große Wärmekapazität aufweisen, die angrenzende Schmelze keinem Abkühleffekt unterworfen wird, und eine einwandfreie Haftung der Schmelze während einer kurzen Eintauchzeit erreicht wird. Die Tatsache, daß die Teile in einer kürzeren Zeit benetzt werden können, ist besonders vorteilhaft für das Verlöten von Teilen mit einem dünnen Aluminiumüberzug oder einem Schutzanstrich. Diese Teile werden leicht durch thermische Effekte während des Lötens nach der herkömmlichen Methode beschädigt. Thermische Effekte werden jedoch verhindert, wenn das Löten nach der hier gezeigten Methode in kürzerer Zeit erfolgt.

Die F i g. 8 a, 8 b und 8 c zeigen zwei Platten aus Kalium-Soda-Blei-Glas (mit einem linearen Expansions-Koeffizienten von 96 X 10~⁷ cm/° C in einem Temperaturbereich zwischen 100 und 300° C und einer Schmelztemperatur von 630° C) la und la', die in einen Körper la von ähnlicher und relativ hoch viskoser glasartiger Zusammensetzung eingetaucht werden (Fig. 8 a). Zwei Sekunden danach werden die eingetauchten Platten etwa 5 cm oberhalb der ursprünglichen Oberfläche der Schmelze hochgezogen und der Teil 3α, der von den Platten la und la'herabhängenden Schmelze wird an der Seite berührt mit einer Elektrode 4a von etwa 2,5 mm Durchmesser, die aus einem Material wie Kohlenstoff-Molybdän-Wolfram und ähnlichem hergestellt ist, und eine Spannung im Bereich von einigen 10 Volt zwischen dieser Elektrode und einer Elektrode 5a aufgebracht, die in der Schmelze angeordnet ist, wodurch der Strom in Richtung des Pfeiles in F i g. 8 b läuft und den herab-

hängenden Teil 3α erwärmt, wodurch die Viskosität des erwärmten Teils reduziert wird. Die Trennung des herabhängenden Teils von der Mutterschmelze, wie in Fig. 8c dargestellt, geht in einer Minute vor sich. Bei dieser Ausbildungsform kann zunächst die Elektrode 4« eines Kohlenstoffdrahtes in der Oberfläche der Schmelze angeordnet sein und kann zu dem herabhängenden Teil kommen, wenn die eingetauchten Teile hochgezogen werden. Die Elektrode 5a kann von einer der Elektroden dargestellt werden, durch welche der Strom durch die Schmelze in den in Fig. 1 bis 7 gezeigten Ausbildungsformen geleitet wird, wobei der Strom in einem Bereich im wesentlichen parallel mit der oberen Oberfläche der Schmelze fließt. In solchen Fällen ist das erhaltene Resultat besser, als wenn lediglich der Strom zwischen ortsfesten Elektroden verläuft.

Fig. 9a, 9b und 9c zeigen das Aufbringen der Elektrode 4a an der Kante des herabhängenden Teils 3, wodurch ein Strom entlang der Länge der Kante der Glasplatte la fließt. Da der meiste Teil des Stromes durch die Teile fließt, die einen minimalen Widerstand bieten, d. h., durch die Teile mit den höchsten Temperaturen, ergibt sich eine Strombahn, wie durch den Pfeil in Fig. 9a dargestellt, und der herabhängende Teil trennt sich, allmählich beginnend an der Seite der Elektrode 4 über einen Zustand, wie er in Fig. 9b dargestellt ist, bis zur endgültigen kompletten Trennung, wie in Fig. 9c gezeigt. In diesem Falle kann die Elektrode Aa leichter von dem fertigen Produkt als im Falle der Fig. 8a, 8b, 8c entfernt werden.

Fig. 10a und 10b zeigen eine weitere Ausbildungsform ähnlich den vorangegangenen Ausbildungsformen, mit Ausnahme, daß die Elektrode Aa durch ein Band aus einer Nickel-Eisenlegierung 6a ersetzt ist, die bei den vereinigten Glasplatten bleibt. Gewöhnlich kann ein solches Metallteil ein Teil einer außerhalb der Röhre angebrachten Leitung sein.

Fig. 11 zeigt die Verwendung der Brennerelektrode 7a an Stelle der Elektrode 4a; dies ist besonders geeignet für die Behandlung von sehr kleinen Teilen, da hierbei die Elektrode nicht in Kontakt mit den zu verbindenden Glasteilen gebracht wird, während der Durchgang des Stromes und die Trennung des herabhängenden Teiles 3a im wesentlichen so vor sich geht wie bei den vorangegangenen Ausbildungsformen.

Fig. 12 zeigt einen Metalldraht 8a, der in einem Isoliermantel eingeschlossen ist, wobei eine bessere Trennung des aufgebrachten Teils der Schmelze durch den Durchgang von Strom erzielt werden kann.

Bei den in Fig. 13 und 14 dargestellten Ausbildungsformen dient zumindest eines der zusammenzubringenden Bestandteile als eine der Elektroden für den Durchlauf des Stromes durch die Schmelze.

Fig. 13 zeigt das Zusammenbringen eines Glasteils Ib mit einem Metallteil 2b.

In Fig. 13 enthält ein Tiegel Ab einen Körper 3b einer geschmolzenen, glasartigen Zusammensetzung.

In dem Tiegel Ab ist ein Paar Elektroden 5b und 5'b vorhanden, die an ein Wechselstromaggregat Ib über einen regelbaren Reaktor 6i> so angeschlossen sind, daß ein Strom durch die Schmelze geht und die Schmelze in einem bestimmten Schmelzzustand hält.

ίο Die Kantenteile Ic und 2c der beiden Teile, die zusammengefügt werden sollen, wobei eines ein Glasteil Ib und das andere ein Metallteil 2b ist, werden in den Körper 3 b der geschmolzenen Zusammensetzung eingetaucht und gleichzeitig ein weiteres Drehstromaggregat Ib zwischen einer Elektrode 5b und dem Metallteil 2b über einen weiteren regelbaren Reaktor 8b angeschlossen. Somit wirkt das Metallteil 2b als eine Elektrode, welche zusammen mit der Elektrode 5 b bewirkt, daß der Strom beim Erwärmen der Schmelze hilft. Da sich der Strom in beträchtlicher Weise im Bereiche des eingetauchten Teils des Metallteiles konzentriert, wird der eingetauchte Teil aus-, reichend erwärmt, mit dem Ergebnis, daß ein einwandfreies Verlöten in kürzester Zeit sichergestellt ist.

Im Beispiel der Fig. 13 ist das Teil Ib eine 2,5 mm dicke Soda-Kalk-Glasplatte und das Teil 2b eine 1 mm dicke Platte einer Nickel-Eisenlegierung, während die geschmolzene, glasartige Zusammensetzung durch einen zwischen den Elektroden 5b und 5'b fließenden Strom erwärmt wird, wobei die Elektroden 2,5 cm voneinander getrennt sind und jeweils eine Länge von 2,5 cm aufweisen, und der Strom 10 Ampere bei einer Spannung von 50 Volt beträgt.

Ohne Aufbringung einer Spannung auf Teil 2b nimmt der Lötvorgang mehr als 5 Sekunden in Anspruch und ergibt ein unzureichendes Anhaften der Schmelze. Andererseits wird das Lötverfahren bei einer Spannung von 50 Volt zwischen dem Teil 2b und der anderen Elektrode 5 b durchgeführt und die Teile nur eine Minute eingetaucht, so wird eine einwandfreie Anhaftung der Schmelze an den Teilen festgestellt. Im allgemeinen ist eine Stromdichte von 3 Ampere/cm² zweckmäßig.

Fig. 14 zeigt das Zusammenbringen von zwei Metallteilen. In diesem Beispiel wird eine Spannung von einem Aggregat T b durch zwei Teile Tb und 2b über einen regelbaren Reaktor Ib aufgebracht, wodurch ein externer Strom durch die Schmelze erzeugt wird.

In diesem Falle dienen die Teile Vb und 2b als Elektroden, wenn sie in die Schmelze eingetaucht sind. Sie sollen in einen geeigneten räumlichen Abstand gebracht werden, beispielsweise 1 bis 2 mm, gegebenenfalls unter Verwendung einer Brennerflamme an Stelle der Stromerwärmung.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verbinden von Gegenständen unter Verwendung eines Lötglases durch Eintauchen der Gegenstände in eine Glasschmelze, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verbindenden Flächen der Gegenstände nahe aneinandergehalten und in dieser Anordnung in die eine Viskosität von weniger als 100 Poise aufweisende Glasschmelze kurze Zeit eingetaucht werden, während durch die oberen Schichten der Schmelze zwischen Elektroden ein elektrischer Strom fließt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden unmittelbar unterhalb der Oberfläche der Schmelze angeordnet werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der zu verbindenden Gegenstände als Elektrode geschaltet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3 zur Verbindung von mehr als zwei aus Metall bestehenden Gegenständen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei dieser Gegenstände als Elektroden geschaltet werden.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim Herausnehmen der Gegenstände aus der Schmelze der Stromfluß von der Oberfläche der Schmelze durch die von den Gegenständen herabfließende Schmelze hindurch geleitet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode unterhalb der Oberfläche der Schmelze und die andere am der Schmelzenoberfläche zugewandten unteren Bereich der Gegenstände angeordnet werden.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenstände mit senkrecht zur Oberfläche der Schmelze stehenden Ringebenen eingetaucht und um die Ringachse gedreht werden.