DE2125953B2

DE2125953B2 - Method for producing a device provided with a filament

Info

Publication number: DE2125953B2
Application number: DE2125953A
Authority: DE
Inventors: Richard Arthur New Providence N.J. Bonnette (V.St.A.)
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1970-05-26
Filing date: 1971-05-25
Publication date: 1975-06-19
Also published as: NL7107153A; BR7103064D0; CA950526A; EG10329A; BE767563A; CH539338A; SE360777B; US3673652A; FR2093776A5; DE2125953A1; ES391353A1; GB1315597A

Description

Die Erfindung betriff! ein Verfahren zum Herstellen einer mit einer Glühwendel versehenen Vorrichtung, bei welchem die Wendel zwischen Klemmen, die sowohl zum elektrischen Anschluß als auch zur mechanischen !Halterung dienen, montiert, anschließend auf eine Temperatur, die erheblich über der vorgesehenen Betriebstemperatur liegt, erhitzt und danach in einen dichten Kolben eingeschlossen wird.The invention concerns! a method for producing a device provided with a filament, in which the helix between terminals, both for electrical connection and for mechanical ! Bracket are used, mounted, then to a temperature that is well above the intended Operating temperature is, heated and then enclosed in a tight flask.

Es ist bekannt, die Wendel einer Glühlampe vor oder während ihrer Montage auszudehnen, damit sie die für die Montage erforderliche Länge erhält (DT PS 5 67 855) bzw. damit durch die Dehnung unter gleichzeitigem Erhitzen Fehler in Form verjüngter Stellen im Draht ausgeglichen werden (DTPS 4 94 943).It is known to expand the filament of an incandescent lamp before or during its assembly, so that they are for the assembly is given the required length (DT PS 5 67 855) or through the expansion at the same time Heating errors in the form of tapered areas in the wire can be compensated for (DTPS 4 94 943).

Aus der DT-AS Il 29 617 ist es ferner bekannt, die zwischen Haltedrähten montierte Glühwendel einer Lampe zur Rekristallisation auf eine die normale Betriebstemperatur übersteigende Temperatur von z. B. 1900 bis 2100'C im Falle einer Wolframwendel zu erhitzen, wozu über die Haltedrähte ein Strom durch die Wendel geleitet wird. Dieser Vorglühvorgang kann vor dem Einbau des Lampengestells mit der montierten Wendel in einen Kolben oder auch erst nach Einschmelzen des Lampengestells durchgeführt werden und soll so bald wie möglich den sogenannten Durchhang der Glühwendel beschränken. Während der Montage und somit vor dem Vorglühen wird die Glühwendel längs einer Geraden oder in einem Bogen ausgespannt. From DT-AS Il 29 617 it is also known that Incandescent filament of a lamp mounted between retaining wires for recrystallization on a normal one Operating temperature exceeding temperature of z. B. 1900 to 2100'C in the case of a tungsten filament heat, for which purpose a current is passed through the filament via the holding wires. This preheating process can before installing the lamp frame with the mounted filament in a bulb or after melting it down of the lamp frame and should reduce the so-called sag as soon as possible limit the filament. During the assembly and thus before the preheating, the filament is stretched out along a straight line or in an arc.

Bei manchen Vorrichtungen, die mit einer oder mehreren Glühwendeln versehen sind, treten jedoch Probleme hinsichtlich der Verformung der Wendel im Betrieb auf, die mit den bekannten Methoden nicht behoben werden können. Beispielsweise sind Anzeigevorrichtungen bekannt, die eine Anzahl von Glühwendeln enthalten, die jeweils zwischen zwei Anschluß- und Stül.zklemmen montiert sind. Indem man bestimmte Wendeln durch Stromdurchgang zum Glühen bringt, kann man verschiedene Bilder, z. B. Ziffern, darstellen. Damit die Wärmeableitung von den Glühwendeln und damit die zu ihrer Speisung erforderliche Leistung möglichst klein sein kann, sind die Wendeln jeweils nur an ihren Enden gehaltert, d. h. zwischen den Klemmen aufgehängt. Es hat sich nun gezeigt, daß selbst kleineHowever, problems arise with some devices that are provided with one or more incandescent filaments with regard to the deformation of the helix during operation, which cannot be remedied with the known methods can be. For example, display devices are known which have a number of incandescent filaments included, which are each mounted between two connecting and Stül.zklemmen. By making certain Brings coils to glow through the passage of current, you can see different images, z. B. digits represent. This means that heat is dissipated from the filaments and thus the power required to feed them can be as small as possible, the coils are only held at their ends, i. H. between the terminals hung up. It has now been shown that even small

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Verformungen der Wendel, z. B. ein Ausknicken oder Durchsacken um nur etwa Ve mm, bei Bildern mit Abmessungen von etwa 15 x 9 mm deutlich erkennbar sind und das Aussehen des wiedergegebeiien Bildes erheblich beeinträchtigen. Durch ein Vorglühen, wie es aus der obenerwähnten DT-AS 1129 617 für Glühlampen bekannt ist, kann eine solche Wendelverformung nicht ausreichend verhindert werden.Deformations of the helix, e.g. B. a buckling or Sagging by only about Ve mm, for images with dimensions of about 15 x 9 mm are clearly recognizable and the appearance of the reproduced image is considerable affect. By preheating, as described in the above-mentioned DT-AS 1129 617 for incandescent lamps is known, such helix deformation cannot be sufficiently prevented.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, durch das besser als bisher Verformungen der Glühwendel im Betrieb verhindert werden.The invention is based on the object of specifying a method by means of which deformations are better than before the filament can be prevented during operation.

Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch, daß die Wendel zwischen Erhitzen und Einschließen gestreckt wird.The invention solves this problem in a method of the type mentioned at the outset in that the helix is stretched between heating and sealing.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß insbesondere bei Anzeigevorrichtungen mit einer Mehrzahl von Glühwendeln das dargestellte Bild nicht durch Wendelverformungen beeinträchtigt wirdThe invention has the advantage that, particularly in the case of display devices with a plurality of incandescent filaments the displayed image is not affected by deformation of the helix

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert; es zeigtA preferred embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawing; it shows

Fig. I eine Vorderansicht einer Glühwendel-Anzeigeeinheit, bei der das Verfahren gemäß der Erfindung anwendbar ist. undFig. I is a front view of a filament display unit, in which the method according to the invention is applicable. and

F i g. 2 einen Schnitt in einer Ebene 2-2 der Fig. t.F i g. 2 shows a section in a plane 2-2 of FIG.

Anzeigevorrichtungen, auf die die Erfindung an wendbar ist, sind z. B. aus der US PS 34 !6 020 bekannt. Diese Anzeigevorrichtungen enthalten, wie F i g. 1 zeigt, eine Anzahl von Glühwendeln 10, die zwischen stabartigen, zum Anschluß und zur Halterung dienenden Klemmen 12 und 14 montiert sind, welche ihrer seits an einem Substrat 16 angebracht sind. Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform sind zwei der Klemmen 14 zwei verschiedenen Glühwendeln 10 ge meinsam.Display devices to which the invention applies is reversible, are z. B. from US PS 34! 6 020 known. These display devices include, as shown in FIG. Fig. 1 shows a number of filaments 10 which are between rod-like, for connection and for holding terminals 12 and 14 are mounted, which of their are attached to a substrate 16. In the case of the in FIG. 1 embodiment shown are two of the Clamps 14 two different filaments 10 together.

Die Klemmen 12 und 14 sind (in nicht dargestellter Weise) mit Anschlußleitungen der Anzeigevorrichtung verbunden, so daß an jedes gewünschte Paar von Klemmen 12 und 14 eine Spannung angelegt werden kann, um die zwischen den betreffenden Klemmen montierte Glühwendel zum Glühen zu bringen. Man kann auf diese Weise mit der dargestellten Anzeigevorrichtung verschiedene Bilder, z. B. die Ziffern 0 bis 9, darstellen.The terminals 12 and 14 are (in a manner not shown) with connecting lines of the display device connected so that a voltage is applied to each desired pair of terminals 12 and 14 can to make the filament mounted between the relevant terminals glow. Man can in this way with the display device shown different images, z. B. the digits 0 to 9, represent.

Die Glühwendeln 10 bestehen jeweils aus einem Stück hochwarmfesten Drahtes, z. B. Wolframdraht, der aus im wesentlichen reinem Wolfram oder Wolfram mit Zusätzen wie Thenium- oder Thoriumoxid bestehen kann. Wenn der Draht zum Glühen gebracht wird, nimmt seine Länge zu. Um zu vermeiden, daß sich die Glühwendeln beim Erhitzen verformen, werden sie vorzugsweise unter Spannung montiert. Nachdem die Glühwendeln 10 auf dem Substrat 16 montiert worden sind, wird dieses an einem Fuß angebracht, und die so gebildete Anordnung wird in einem Glaskolben einge schlossen, der dann evakuiert und abgeschmolzen wird. Diese Verfahrensschritte sind bekannt, so daß sich eine weitere Erläuterung erübrigt.The filaments 10 each consist of a piece of high-temperature wire, e.g. B. tungsten wire, which consist of essentially pure tungsten or tungsten with additives such as thenium or thorium oxide can. When the wire is made to glow, its length increases. To avoid getting yourself the filaments deform when heated, they are preferably mounted under tension. after the Incandescent filaments 10 have been mounted on the substrate 16, this is attached to a foot, and so formed arrangement is enclosed in a glass flask, which is then evacuated and melted. These process steps are known, so that no further explanation is necessary.

Obwohl die Glühwendeln 10 zwischen den Klemmen 12 und 14 unter Spannung montiert wurden, traten bei den bekannten Anzeigevorrichtungen im Betrieb oft Verformungen der Wendeln auf. Es gibt im wesentlichen zwei verschiedene Arten von Verformungen der Glühwendeln, nämlich das Durchsacken und das Ausknicken. Beim Durchsacken, das in F i g. 1 bei 20 dargestellt ist, handelt es sich um eine Krümmung oder Ausbauchung der Wendel aus der geraden Soll-Lage zwischen den Klemmen. Bei den bekannten Anzeigevorrichtungen, die z. B. Wendeln mit einem Außendurch-Although the filaments 10 were mounted under tension between the terminals 12 and 14, they joined the known display devices often cause deformations of the coils during operation. There are essentially two different types of deformation of the filament, namely sagging and buckling. When sagging, which is shown in FIG. 1 is shown at 20, it is a curvature or bulge the helix from the straight target position between the clamps. In the known display devices, the z. B. Spirals with an outer diameter

messer von etwa 0,05 mm und eine Länge von etwa 7,5 mm haben, trat oft ein Durchsacken in der Größenordnung von 0,5 mm auf. Eine ausgeknickte Wendel ist in F i g. 1 bei 22 dargestellt. Unter emem »Ausknicken« versteht man eine plötzliche Biegung in der Axialrichtung der Wendel, die gewöhnlich in der Nähe einer Klemme 12 oder 14 auftritt. Bei den bekannten Vorrichtungen knickten die Wendeln häufig bis zu etwa 0.25 mm aus. Das Ausknicken hat seine Ursache vermutlich ·η dem Verfahren, durch das die Enden der Wende! an den die Klemmen 12 und 14 bildenden Stützstäben befestigt werden. Beim Befestigen, das z. B. durch Schweißer; oder Verklemmen erfolgen kann, werden die an den Klemmen befestigten Endwindungen der Wendeln flachgedrückt und aus ihrer ij, normalen Lage verdreht, und die dabei entstehende Spannung strebt dann die Wendeln zu verformen. Überraschenderweise werden die Alisknickungen erst dann erkennbar, wenn die Vorrichtung fertiggestellt und eine gewisse kurze Zeitspanne, z. B. 5 bis 10 Minuten, in Betrieb genommen worden ist.about 0.05 mm in length and about 7.5 mm in length, sagging of the order of magnitude often occurred of 0.5 mm. A kinked helix is shown in FIG. 1 shown at 22. Under a "kink" one understands a sudden bend in the axial direction of the helix, usually in the vicinity of a Terminal 12 or 14 occurs. In the known devices the coils often buckled up to about 0.25 mm. The buckling probably has its cause · Η the process by which the ends of the turn! at the terminals 12 and 14 forming Support rods are attached. When attaching the z. B. by welders; or jamming can occur, the end turns attached to the clamps of the coils flattened and out of their ij, twisted in the normal position, and the resulting tension tends to deform the coils. Surprisingly, the aluminum kinks are only noticeable when the device has been completed and a certain short period of time, e.g. B. 5 to 10 minutes, has been put into operation.

Bei eingehenden Untersuchungen wurde festgestellt, daß das Ausmaß des Spannens der Wendel während der Montage einen erheblichen Einfluß auf die Vermeidung von Ausknickungen hat, jedoch überraschenderweise wenig /ur Vermeidung des Durchsackens beiträgt. Upon careful investigation, it was found that the extent of tensioning of the helix during the assembly has a significant influence on the avoidance of kinks, but surprisingly does little to prevent sagging.

Um das beim Betrieb von Anzeigevorrichtungen auftretende Durchsacken der Glühwendeln 10 ze verhindern.· werden sie vor dem endgültigen Abdichten oder Abschmelzen vorgeglüht, d. h. einer Temperatur ausge setzt, die erheblich über ihrer normalen Betriebstemperatur liegt Die Vorglühtemperaturen sind nicht kritisch, Werte zwischen etwa 1700 und 2200°C liefern anscheinend die besten Ergebnisse. Wählend des Vorglühens ergibt sich jedoch eine Verformung der Wendeln. Je höher die verwendete elektrische Spannung und je kurzer dementsprechend die Vorglühdauer sind, umso kleiner ist die Verformung der Wendeln, die während der Behandlung auftritt. Der Grad der Verforrnung der Wendeln, die während des Vorglühens auf tritt, hängt auch von dem verwendeten Drahtmaterial ab. Handelsüblicher thorierter Wolframdraht (1% Thoriumoxid, Rest Wolfram und Spuren von Verunreinigungen) sackt z. B. während des V01 lühens wesentlieh weniger durch als handelsüblicher Rhenium- Wolfram- Draht (3% Rhenium, Rest Wolfram und Spuren von Verunreinigungen). Thorierter Wolframdraht ist aber verhältnismäß spröde, und es ist schwierig, die Wendeln kleinen Durchmessers, die für Vorrichtungen der vorliegenden Art normalerweise verwendet werden, ohne übermäßigen Ausschuß herzustellen. Rhenium-Wolfram-Draht ist wesentlich leichter zu den gewünschten Wendeln zu verarbeiten. Dieser Draht verformt sich jedoch andererseits relativ stark während des Vorglühens, auch wenn man mit hohen Spannungen und kurzer Vorglühdauer arbeitet.To that which occurs during the operation of display devices Prevent the filaments from sagging. they are pre-annealed before the final sealing or melting, d. H. a temperature sets that is significantly above their normal operating temperature. The preheating temperatures are not critical, values between around 1700 and 2200 ° C seem to give the best results. Choosing the preheating however, there is a deformation of the coils. The higher the electrical voltage used and the shorter the preheating period is, the smaller the deformation of the coils that occurs during the treatment. The degree of deformation The number of coils that occurs during preheating also depends on the wire material used away. Commercially available thoriated tungsten wire (1% thorium oxide, remainder tungsten and traces of impurities) sinks z. B. during the V01 glow essential less penetration than standard rhenium-tungsten wire (3% rhenium, remainder tungsten and traces of impurities). Thorated tungsten wire is, however, relatively brittle, and it is difficult to find it Small diameter coils normally used for devices of the present type without producing excessive waste. Rhenium-tungsten wire is much lighter than that to process the desired coils. On the other hand, this wire deforms relatively strongly during of preheating, even when working with high voltages and short preheating times.

Dem Problem einer übermäßigen Verformumg der Wendeln während des Vorglühens kann gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch begegnet werden, daß mim die Wendeln nach dem Vorglühen durch erneutes Spannen gerade richtet und erneut auf Zug beansprucht. Vorzugsweise wird dies dadurch erreicht, daß die die Klemmen 12 und 14 bildenden Stützen, zwischen denen die Wendeln montiert sind, nach außen gebogen werden, wie es in F i g. 2 dargestellt ist Zum Beispiel wird bei einer Ausführungsform, bei der die Wendeln eine Länge von etwa 7,5 mm haben, das Vorglühen 30 Sekunden bei 35 Volt in einer reduzierenden Atmosphäre durchgeführt, und die Wendeln werden um größenordnungsgernäJiig etwa 0,4 mm nachge spannt Allgemein gesagt werden die Wendeln um einen solchen Betrag nachgespannt.wieeizur Beseitigung der durch das Vorglühen verursachten Verformung nötig istThe problem of excessive deformation of the coils during preheating can be addressed according to FIG present invention can be countered in that mim the filaments after the preheating by renewed Clamping straightens and again subjected to tensile stress. This is preferably achieved in that the supports forming the clamps 12 and 14, between which the coils are mounted, to the outside be bent as shown in FIG. 2 is shown. For example, in an embodiment in which the Coils have a length of about 7.5 mm, the preheating for 30 seconds at 35 volts in a reducing Atmosphere, and the coils are retracted by about 0.4 mm in the order of magnitude tensioned Generally speaking, the coils are retensioned by such an amount as for removal the deformation caused by the preheating is necessary

Bei der Entwicklung der Anzeigevorrichtungen der hier interessierenden Art wurden die Wendeln bei der Montage zwischen den Klemmen 12 und 14 anfänglich um etwa 12% gedehnt. Dabei wurde ganz zufällig gefunden, daß sich die Größe und Häufigkeit von Ausknickungen erheblich verringern lassen, wenn man die Wendeln während der Montage wesentlich mehr als 12%, z.B. zwischen 30 und 120%, bezogen auf die Anfangslänge der Wendel, dehnt Es gibt anscheinend keinen speziellen kritischen Wen für die erforderliche Dehnung, da das Auftreten von Ausknickungen und ihre Größe bis /u einem gewissen Grade von der Sorgfalt beim Befestigen der Wendeln an den Klemmen abhängt. Je sorgfältiger die Befestigung vorgenommen wird und je weniger die Wendeln beim Befestigen verformt werden, umso geringer ist die erforderliche Dehnung. Selbst bei Verbindungen höchster Qualität beträgt die Dehnung jedoch vorzugsweise mindestens 30%. Beim Überschreiten einer gewissen oberen Grenze, die in der Größenordnung von 120% liegt, ergeben sich anscheinend keine weiteren Verbesserungen des Endergebnisses. Vorzugsweise liegt die Dehnung in der Größenordnung von 100%.In the development of the display devices of the type of interest here, the coils were initially stretched by approximately 12% during assembly between the clamps 12 and 14. It was found quite by accident that the size and frequency can be considerably reduced by Ausknickungen when during assembly considerably, eg between 30 and 120%, based on the initial length of the coil, expands the coils more than 12% There is apparently no special critical Wen for the required expansion, since the occurrence of Ausknickungen and its size depends on the terminals to / u some extent on the care taken in mounting the coils. The more carefully the fastening is carried out and the less the coils are deformed during fastening, the lower the elongation required. However, even with the highest quality joints, the elongation is preferably at least 30%. If a certain upper limit is exceeded, which is of the order of magnitude of 120%, there does not appear to be any further improvement in the end result. The elongation is preferably of the order of 100%.

Durch eine solche Dehnung wird die Größe von Ausknickungen erheblich verringert Eine weitere Verbesserung hinsichtlich einer Vermeidung oder Reduzierung der Verformung der Glühwendeln wird durch ein Nachglühen erreicht. Hierbei werden die jeweiligen Wendeln nach der Fertigstellung der Vorrichtung, ak<> nach dem Abdichten jedoch vor dem normalen Gebrauch, durch Anlegen einer Spannung erhitzt, die wesentlich höher ist als die normale Betriebsspannung.Such stretching increases the size of kinks significantly reduced Another improvement in terms of avoidance or reduction the deformation of the filament is achieved by an afterglow. The respective Coils after completion of the device, ak <> after sealing but before normal use, heated by applying a voltage that is significantly higher than the normal operating voltage.

Bei einem speziellen Beispiel wurden die Wendeln aus 10 μιη dickem Rhenium Wolfram-Draht hergestellt. Ein Teil der Wendeln wurde mit etwa 55 Windungen/mm (1400 Windungen/Zoll) mit einem Außendurchmesser von 50 μιη und einer ungedehnten Länge von 3,8 mm gewickelt. Bei der Montage wurden die Wendeln anfänglich auf eine Länge von etwa 7,35 mm gedehnt, so daß sie nun etwa 32 Windungen pro mm hatten. Die Wendeln waren für eine Betriebsspannung von 4,5 Volt und einen Strom von 24 mA ausgelegt. Zum Vorglühen wurden die Wendeln in einer reduzierenden Atmosphäre 30 Sekunden an 35 Volt gelegt. Die Temperatur der Wendeln betrug dabei etwa 1850^cC. Die Wendeln wurden um 0,38 mm nachgespannt. Schließlich wurden die Wendeln 10 Sekunden lang bei einer Temperatur in der Größenordnung von 2100⁰C nachgeglüht. Bei Wendeln aus thoriertem Wolframdraht ist das Nachglühen im allgemeinen nicht erforderlich.In a specific example, the coils were made from 10 μm thick rhenium tungsten wire. Some of the coils were wound with about 55 turns / mm (1400 turns / inch) with an outside diameter of 50 μm and an unstretched length of 3.8 mm. During assembly, the coils were initially stretched to a length of about 7.35 mm so that they now had about 32 turns per mm. The coils were designed for an operating voltage of 4.5 volts and a current of 24 mA. For preheating, the coils were placed at 35 volts in a reducing atmosphere for 30 seconds. The temperature of the coils at this time was about 1850 ^c C. The filaments were tightened mm by 0.38. Finally, the filaments were reannealed for 10 seconds at a temperature on the order of 2100 ⁰ C. In the case of coils made from thoriated tungsten wire, afterglow is generally not necessary.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claims: 21

1. A method for producing a device provided with an incandescent filament, in which 4 '\ e filament is mounted between terminals, which serve both for electrical connection and for mechanical support, and then heated to a temperature which is considerably higher than the intended operating temperature and then enclosed in tight bulbs, characterized in that the helix is stretched between heating and enclosing.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the coil is stretched by bending the clamps.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the helix to avoid of kinks is initially stretched 30 to 120% during assembly.