DE2109902B2 - Verfahren zum Verschweißen eines Glasteils mit einem Metallteil unter Anwendung von Druck - Google Patents
Verfahren zum Verschweißen eines Glasteils mit einem Metallteil unter Anwendung von DruckInfo
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Description
4r>
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs I.
Aus der US-PS 28 76 596 ist es bekannt, zum ™
Verschweißen einer ebenen gläsernen Frontplatte mit der zylindrischen Glaswandung einer Fernsehaufnahmeröhre,
wie z. B. eines Vidikons, einen dünnen Ring aus Aluminium zwischen beide Teile zu legen. Im allgemeinen
geht man dabei so vor, daß man den dünnen Vl
Aluminiumring auf das eine Ende der Röhrenwandung setzt und die Frontplatte mit einer hydraulischen Presse
auf dem Aluminiumring in Stellung bringt. Damit die Teile in ihrer Stellung gehalten werden, wird ein leichter
Druck ausgeübt. Der nächste Schritt besteht im Erhitzen der Wandung, des Aluminiums und der Frontplatte
mittels einer um den Bereich der Frontplatte herumgelegten Widerstandsheizspirale auf eine Temperatur, die
unterhalb der Erweichungstemperatur des Glases liegt, jedoch der Schmelztemperatur des Metallringes entspricht
oder ihr nahe kommt. Nachdem die Teile der Röhre und der Ring diese sogenannte Verschweißtemperatur
erreicht haben, wird durch Betätigung der hydraulischen Presse ein Druck von mehreren
100 kg/cm2 auf die Verbindungsfläche ausgeübt, indem
die Frontplatte und die Röhrenwandung aneinandergedrückt werden. Durch den Druck verformt sich der
zwischenliegende Aluminiumring schnell und wird an die gläserne Frontplatte und an die Röhrenwandung
gebunden. Die Verbindung scheint durch eine Diffusion des Aluminiums in das Glas bewirkt zu werden, wobei
die Aluminiumatome Siiiciumatome in der G !asstruktur
ersetzen (»Glastechn. Berichte« 33 (I960), Heft 4, S. 26).
Bei dem bekannten Verfahren ergeben sich jedoch Schwierigkeiten dadurch, daß der Aluminiumring zur
Bildung einer starken Oxidschicht neigt, nachdem die miteinander zu verschweißenden Teile zusammengesetzt
und auf die Verschweißtemperatur erhitzt worden sind. Da das Oxid nicht annähernd so gut am Glas haftet
wie nicht oxidiertes Metall, sind viele nach dein derzeitigen Verfahren hergestellte Verbindungen ungeeignet,
zumindest weil sie nicht vakuumdicht sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren dahingehend zu verbessern, daß
eine bessere Verbindung zwischen den beiden Teilen erreicht und insbesondere eine Beeinträchtigung durch
ein Oxidieren des Metallteils vermieden wird.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden beschrieben. In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 das Arbeitsschema des Verfahrens und
Fig.2 in einer Schnittansicht den Röhrenkolben einer Fernsehkamera und eine Einrichtung zum
Verschweißen des Kolbens gemäß der Erfindung.
Das Schema des Ablaufs einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist in F i g. 1 dargestellt. Nach
dem dort veranschaulichten Verfahren wird, wie in F i g. 2 gezeigt, eine Frontplatte 10 auf die Röhrenwandung
12 des Glaskolbens 14 einer Vidikonröhre dicht abschließend aufgebracht.
Zwischen die gläserne Frontptatte 10 des Kolbens 14 und seine zylindrische Glaswandung 12 wird ein von
Oxid befreiter Aluminiumring 16 gelegt. Anschließend werden die Frontplatte 10 und die Röhren wandung 12
gemeinsam gegen den Aluminiumring 16 gedrückt. Die Röhrenwandung 12 ist ein Hohlzylinder aus hartem
Borsilikatglas mit einer Länge von 25,4 cm, einem Außendurchmesser von 2,9845 cm und einem Innendurchmesser
von 2,7305 cm. Die Frontplatte 10 ist eine 0,127 cm dicke Glasscheibe, deren Durchmesser dem
Außendurchmesoer der Röhrenwandung 12 gleich ist. Der Aluminiumring 16 überlappt die Außenfläche der
Röhrenwandung 12 leicht und besteht aus reinem Aluminium (mindestens 99,0% Aluminium). Der Aluminiumring
16 ist sehr weich und kalt verformbar. Zur Herstellung der Verbindung wird die Röhrenwandung
12 in einen stählernen Haltezylinder 18 angeordnet, um sie während des Zusammenschließens mit der Frontplatte
sehr genau in ihrer Stellung zu halten und auszurichten. Der Aluminiumring 16 wird in koaxialer
Anordnung zwischen das obere Ende des Zylinders 12 und die Frontplatte 10 gebracht. Ein aus keramischem
Material bestehender Preßstempel 20 berührt die Außenfläche der Frontplatte 10 nahe ihrem Rand. Das
untere Ende der Röhrenwandung 12 ruht auf einer Druckscheibe 22 aus Kunststoff- oder Plastikmaterial,
die ihrerseits auf einer stählernen Endplatte 24 des Haltezylinders 18 aufliegt. Eine (nicht gezeigte)
pneumatische Presse ist derart angeordnet, daß sie eine längs der Achse der Röhrenwandung 12 gerichtete
Gegenkraft auf den Stempel 20 und die Endplatte 24 ausüben kann.
Während sich die Anordnung noch auf Zimmertemperatur befindet, wird mit Hilfe der pneumatischen
Presse ein Verschweißdruck angelegt, der in der Größenordnung von einigen hundert kg/cm2 liegt Bei
der in. Rede stehenden Röhre liegt der Druck speziell bei annähernd 200 kg/cm2. Zur Herstellung dieses Drucks
übt die pneumatische Presse eine Gegenkraft von etwa 227 kg aus.
Unter Beibehaltung des besagten Drucks wird als nächstes der Röhrenaufbau mittels der Widerstandsheizung
26 für eine Zeit von etwa 10 Minuten auf eine Temperatur von etwa 500° C geheizt Diese Temperatur
liegt unterhalb des Erweichungspunktes sowohl der gläsernen Röhrenwandung 20 als auch der Frontplatte
10, sie ist jsdoch hoch genug, um den Aluminiumring 16
mit den neiden anliegenden Glasteilen 10, 20 durch
chemische Bindung dichtend zusammenzuschließen. Diese Temperatur wird für etwa 10 Minuten aufrechterhalten,
um eine ausreichende Di'fusion von Aluminiumatomen in die Glasoberfläche zu erlauben. Wach
Herstellung der Bindung wird der Druck langsam abgebaut, und der Röhrenaufbau wird über eine
Zeitspanne von etwa 10 Minuten langsam abgekühlt, um
Spannungen auszugleichen.
Im Zusammenhang mit dem Anbringen von Frontplatten an Bildaufnahmeröhren durch Zusammenfügen
von Glas- und Metallteilen ist es zwar bekannt daß
durch eine Kombination von Hitze und Druck eine Bindung entstehen kann, es ist jedoch nicht erkannt
worden, daß dabei die Reihenfolge in der Zuführung de, Wärme und des Druckes von Bedeutung ist. Beim
Zusammenschließen der Frontplatte einer Bildaufnahmeröhre mit Aluminium ist die Geschwindigkeit, mit der
sich das Oxid auf dem Aluminium bildet, abhängig von der Temperatur und der Menge des an die Aluminiumoberfläche
gelangenden Sauerstoffs.
Je geringer die Luftzirkulation in der Umgebung des Aluminiur^streifens während der Erwärmung des
Aufbaus ist, desto weniger dick kann sich die Oxidschicht ausbilden. Bei dem bisher ausgeübten
Verfahren, bei welchem man die Röhrenteile zucammensetzt und einen leichten Druck in der Größenordnung
von nur einigen Zehntel kg/cm2 ausübt hält der leichte Druck die Einzelteile in ihrer Stellung fest so daß
die Luftzirkulation und die nachträgliche Oxidation vermindert wird. Es hat sich jedoch herausgestellt daß
Aluminium trotzdem unter normalen atmosphärischen Bedingungen so leicht oxidiert daß noch genug Oxid
ίο gebildet wird, um die Abdichtungswirkung wesentlich
herabzusetzen. Durch das erfindungsgemäße Anlegen des vollen Verschweißdruckes von einigen hundert
kg/cm2 vor dem Aufheizen des Aufbaus bildet sich im Bereich der Dichtung beträchtlich weniger Oxid. Beim
Anlegen des Drucks erfährt der Aluminiumring eine starke Quetschung, und während der Erwärmung der
Verbindungszone bis auf die tatsächliche Verschweißtemperatur verformt er sich zunehmend. Es wird
angenommen, daß durch die fortschreitende Verformung während des Erwärmens die Menge des sich auf
dem Aluminiumring bildenden Oxids sehr gering gehalten wird, da durch die Verformung fortwährend
eine frische Metalloberfläche an das Glas gebracht wird, während die oxidbedeckte Metalloberfläche nac;. außen
befördert wird. Hiermit wird die Menge des an die Dichtungsfläche des Glases gelangenden reinen Metalls
vergrößert so daß die Dichtung verbessert wird.
Als Material für den Ring kann auch ein anderes Metall als Aluminium verwendet werden. Der angelegte
j« Druck und die Verschweißtemperatur muß jedoch geändert werden, um sich dem speziell für den Ring
verwendeten Metall und dem für die Frontplatte und die Röhrenwandung verwendeten Glas anzupassen. Aluminiumlegierungen
sind besonders geeignet Das für den Dichtungsring verwendete Metall muß in erster Linie
sehr weich und kaltverformbar sein, so daß es sich bei den Drücken, die für das spezielle dicht zu verschweißende
Werkstück noch zugelassen werden können, leicht verformt Das Metall sollte auch mit Glas derart
w reagieren, daß unter Erwärmen beim Fehlen von
Sauerstoff eine Bindung eingegangen wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Verfahren zum Verschweißen eines Glasteils mit einem Metallteil, das kalt verformbar ist und eine
niedrigere Erweichungstemperatur hat als das Glasteil, wobei die Teile an ihrer Berührungsfläche
auf eine Verschweißtemperatur erwärmt werden, die unter der Erweichungstemperatur des Glasteils
liegt, jedoch zur Verformung des Metallteils und zu seiner Verbindung mit dem Glasteil ausreicht, und ι ο
die Teile unter Ausübung von Druck im wesentlichen senkrecht zu der Berührungsfläche zwischen
den beiden Teilen miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem
Erwärmen der Teile ein Druck ausgeübt wird, der >5
zur Verformung des Metallteils bei unter dessen Erweichungstemperatur liegender Temperatur ausreicht,
und daß die Teile unter Beibehaltung dieses Drucks unter weiterer Verformung des Metallteils
auf die Verschweißtemperatur erwärmt und für eine vorbesGiamte Zeit auf dieser Temperatur {{ehalten
werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es vor dem Erwärmen mit einem
Druck zwischen 140 und 490 kg/cm2 und mit einer Verschweißtemperatur zwischen 450 und 6500C
durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einem Druck von ungefähr
200 kg/cm2 und mit einer Verschweißtemperatur «> von annähernd 5000C durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschweißtemperatur
mindestens 1 Minute lang aufrechterhalten wird. r>
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Verschweißen von zwei Glasteilen mit einem
Metallteil, dadurch gekennzeichnet, daß auf die eine Seite eines Aluminiumringes koaxial ein Hohlzylinder
aus Glas und auf die andere Seite des ίο Aluminiumringes eine Glasscheibe, deren Durchmesser
etwa gleich dem Außendurchmesser des Hohlzylinders gewählt wird, gebracht werden.
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