DE2314886A1 - Glas-metalldichtung - Google Patents
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Description
Anmelderin: Corning Glass Works
Corning, N. T., USA
Corning, N. T., USA
Glas-Metalldichtung
Die Erfindung "betrifft eine hermetische Glas-Met alldictitung,
"besonders zur Montage der elektrischen Anschlüsse an den Reflektor
eines Kraftfahrzeugscheinwerfers.
Bei der Herstellung der bisher in den USA und einigen anderen Ländern gebräuchlichen Kraftfahrzeugscheinwerfern vom sogenannten
"sealed beam" Typ wird zur Abdichtung der elektrischen Anschlussdurchführungen bisher das nach dem Erfinder benannte
sogenannte "Housekeeper-Seal" verwendet. Die Herstellung ist
aber schwierig und es entstehen optische Verzerrungen, weil die Abdichtung eine erhebliche Fläche des Reflektors einnimmt.
Zur Herstellung dieser Abdichtung vgl. die US-PS 1,293,^41; 2,148,314; 2,177,216; 2,191,546; 2,194,373-
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: do
Die Verbesserung einer solchen Abdichtung, insbesondere hinsichtlich
der "Vergrösserung der wirksamen Reflektorfläche, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
US-PS 2,449,759 beschreibt eine hermetische elektrische Abdichtung
für Keramik- oder Glaszylinder als Gehäuse für Gleichrichter, Widerstände und ähnliche elektrische Elemente.
Die Abdichtung ist aber wenig wärmeschockfest. Eine wärmeschockfeste Abdichtung ist eine weitere Aufgabe der Erfindung.
Die erfindunsgemässe Glas-Metalldichtung ist gekennzeichnet
durch eine durch einen Glasteil führende öffnung, eine hermetisch an der Rückfläche des Glasteils haftende und die Öffnung
umgebende, ringförmige Metallbeschichtung mit vergleichsweise
grosser Wärmedehnung, ein die öffnung und die Metallbeschichtung
bedeckendes Metallstück, und ein über die Metallbeschichtung
nicht hinausragendes ringförmiges Lot, welches die Metallbeschichtung mit dem Metallstück verbindet.
Weitere günstige Ausgestaltungen sind der Beschreibung und den
Unteransprüchen zu entnehmen.
In den Zeichnungen zeigen die Figuren 1-4 verschiedene Ausbildungen
der Erfindung im Querschnitt durch die Abdichtung.
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ORSQSNAL INSPECTED
ORSQSNAL INSPECTED
Die Figur 1 zeigt einen Teil der Wand eines Glaskörpers, z. B. die Rückwand 2 eines Glasreflektors für Kraftfahrzeugscheinwerfer,
mit einer Öffnung 2a durch die Rückwand. Der Reflektor kann aus einem Glas mit einem niedrigen Dehnungskoeffizient
von z. B. 36 χ 10~'in/in/°C im Temperaturbereich von -50 "bis
500 C bestehen. Ein ringförmiger oder bandförmiger Überzug 6 aus lötbarem, hermetischem, haftendem und nicht oxidierendem
Material mit vergleichsweise grosser Dehnung umgibt die öffnung 2a. Das Band 6 ist so begrenzt, dass es nicht über den
Rand der Öffnung 2a und nicht bis zum Rand eines die öffnung und das Band bedeckenden Metallstücks 7 reicht. Durch das Band
wird der die Öffnung umgebende Oberflächenteil lötfähig metallisiert .
Das Band 6 besteht z. B. aus einer hermetischen Farbe mit
einem Edelmetallgehalt, wie Silber mit z. B. einer Wärmedehnung von 170 χ 10 ' in/in/°0 im Temperaturbereich von 0 - 100°C.
Es kann aber auch aus einem dünnen Film aus Wickel oder anderem lötfähigen Material bestehen, das auf die Fläche 4 der
Wand 2 durch Sputtern aufgebracht werden kann. Hierzu wird das Material auf einer ersten Elektrode oder Kathode befestigt,
durch Auftreffen von Ionen durch die elektrische Entladung gesputtert
und auf einer zweiten Elektrode oder Anode als dünner Film niedergeschlagen. Ein solches Band ist besonders vorteilhaft,
weil ein Lot höherer Temperatur verwendet werden kann.
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ORIGINAL INSPECTED
ORIGINAL INSPECTED
Z.j :■ D
Die bei Herstellung der Kraftfahrzeugscheinwerfer entwickelte Hitze sammelt sich bei der Abdichtung, so dass bisher aufwendige
Wärmesenken oder Schilde erforderlich sind.
Das Metallstück 7 besteht aus einem elektrisch leitenden Metall mit niedriger Wärmedehnung, z. B. aus einer dünnen Platte mit einer Dehnung von 18 χ 10' in/in/°C im Temperaturbereich
von -18 bis +175°C ;
Die Aussenfläche des Bands 6 und die gegenüberliegende Fläche des Metallstücks 7 sind mit Lot überzogen. Zwischen diesen
überzogenen Flächen wird eine gelötete, hermetische Abdichtung 8 geschaffen. Besteht das Band hauptsächlich aus Farbe eines
Edelmetalls wie Silber, so kann das Lot zum Überziehen und Verlöten der Flächen z. B. 50% Zinn, 47% Blei und 3% Silber
enthalten. Das Lot hat dann eine Wärmedehnung von annähernd 250 χ 10""' in/in/ G im Temperaturbereich von 0 - 100 . Wird
Nickel verwendet, so kann ein Hochtemperaturlot 8 eingesetzt werden, beispielsweise 5% Zinn und 95% Blei; 2,5% Silber und
97,5% Blei;- 5% Indium und 94,2& Blei sowie 0,83% Silber. Diese
Lote sind temperaturbeständig bei 250 - 300° ohne zu erweichen
oder zu schmelzen.
Die Dicke des Ringbands 6 und Lotes 8 sind übertrieben gezeichnet.
Das Metallstück 7 enthält eine durch es gehende Öffnung 7b, durch die ein bei 3 hart- oder heissgelöteter elektrischer
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ORIGINAL INSPECTgD--
23 :/'86
Leiter 9 führt. Ein elektrischer Anschluss kann am Kopf des Leiters und am Metallstück 7 befestigt sein. Der Leiter 9
reicht auch durch die Öffnung 2a in der Rückwand 2 des Glasreflektors
1 und bei Verwendung in Kraftfahrzeugscheinwerfern können hier die Glühfäden der Lampe angeschlossen werden. In
der Figur 2 zeigt die Rückwand 11 eines Glasreflektors 10 einen ringförmigen Vorsprung 12, der von der Aussenflache 14
der Rückwand 11 verjüngt hervorsteht. Ein Überzug oder ein Band 16 aus lötbarem, hermetischen und haftendem Material mit
vergleichsweise grosser Wärmedehnung reicht um die Aussenflache
12a des Vorsprungs 12 und ist so auf dem Vorsprung 12 begrenzt, dass es nicht bis zur ringförmigen Fläche 12b des Vorsprungs
und nicht bis zum ringförmigen Rand 17a einer Kappe 17 reicht. Es metallisiert diesen Oberflächenteil für die Verlötung. Reflektor
10, Band 16 und Kappe 17 können aus dem gleichen Material wie Reflektor 1, Band 6 und Metallstück 7 bestehen.
Die Kappe 17 wird z. B, durch Stauchen oder Ausweiten von Metallrohr
stücken hergestellt. Wird gestaucht, so ist das Rohrstück zunächst etwas weiter als die Peripherie des Vorsprungs
12 und umgebenden Bands 16. Das eine Ende wird dann so gestaucht, dass eine Kappe 17 mit einem herabhängenden, allmählich
von der Kante 17a bis zum mittleren Teil des Rohrstücks verjüngten Teil 17b entsteht. Der Durchmesser ist in der Mitte
eingeschürt, so dass eine die Öffnung nicht ganz schliessende
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ORIGINAL INSPECTED
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2 3 I-'- :d6
Krone l?c entsteht. Das eine Ende 19a eines eingeführten
elektrischen Leiters mit kleinem Durohmesser, z. B. aus
weichem Eisen, reicht konzentrisch um die Öffnung 11a in der Rückwand und im Vorsprung, und sodann durch das Rohrstück am
nicht gestauchten Ende, sowie ein kurzes Stück durch bzw. in das innere Ende der durch das gestauchte Ende reichenden Öffnung.
Das gestauchte Ende ist dicht um das Ende 19a gebogen und der Rest ist so stark gestaucht, dass die Öffnung ganz
verschlossen wird. E1Ur eine gute elektrische "Verbindung und
sichere Abstützung des Leiters 19 wird die Kappe 17 an ihn am
Ende 19a bei 20 angelötet.
Der Aussenumfang des Bands 16 und die Innenfläche des herabhängenden
Teils 17b der Kappe 17 sind mit Lot überzogen. Zwischen die überzogenen Flächen wird eine gelötete, hermetische
Abdichtung 18 aufgebracht. Das Lotmaterial für die Überzüge und zur Verlotung kann das Gleiche wie in der Ausbildung der
Figur 1 sein. Auch hier sind zur Verdeutlichung Band 16 und Lot 18 übertrieben dick eingezeichnet.
Die Kappe 17 kann auch durch Ausweiten eines Rohres mit vergleichsweise
kleinem Durchmesser hergestellt werden. Nach Ausweiten eines Endes zum Teil 17a wird die Kappe 17 hermetisch
am Vorsprung wie zuvor beschrieben angedichtet. Die Kappe 17 kann auch durch Ausweiten und Stauchen hergestellt werden,
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ORIGINAL INSPECTED ,
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wobei das Ausgangsrohrstück einen mittleren Durchmesser besitzt.
Die Kappe 17 kann auch in anderer, bekannter Weise hergestellt werden. In der Ausbildung der Figur 3 wird statt
der Kappe 17 eine gepresste Kappe 22 verwendet, die ebenfalls einen herabhängenden Teil 22b, einen ringförmigen Rand 22a
und eine "vergleichsweise flache Krone 22c mit einer öffnung
22d in der Mitte aufweist. Die Öffnung ist mit der durch den Vorsprung 12 und die Rückwand 11 des Reflektors 10 reichenden
Öffnung achsial ausgerichtet. Ihr Durchmesser entspricht etwa dem des durch sie reichenden Leiters 19· Der Leiter reicht auch
durch die Öffnung 11a und sein Ende 19a reicht über die Aussenf lache der Krone 22c um ein gutes Stück hinaus, damit der
elektrische Anschluss hergestellt werden kann. Der Leiter 19 ist bei 23 mit der Krone 22c kaltverlötet. Im übrigen entspricht
die Abdichtung der Figur 3 äer Ausbildung gemäss der
Figur 2.
In der Ausbildung der Figur 4- enthält die gepresste, gestauchte,
ausgeweitete oder in anderer Weise hergestellte Kappe 26 einen herabhängenden Teil 26b mit einem ringförmigen Rand 26a
und einer glockenförmigen Krone 26c, die am Scheitel ein Loch 26d enthält, durch welches das Ende 19a des Leiters 19 um ein
kurzes Stück dicht anliegend geführt ist. Der Leiter 19 wird in dieser Lage durch das Kaltlot 29 seines Endes 19a mit der
Krone 26c gehalten. Ein zweiter elektrischer Anschluss 27 ist
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ORIGINAL INSPECTED
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aussen an das dem Ende 19a gegenüberliegende Ende des glockenförmigen
Teils 26c kalt oder warm gelötet.. Im übrigen entspricht
die Ausbildung der Figur 4 der der, Figuren 3 oder 2.
Im glockenförmigen Teil 26c der Kappe 26 kann ein Loch 26e zum Auspumpen des fertigen Scheinwerfers vorgesehen sein. Dadurch
erübrigt sich die mittlere Öffnung 16 gemäss US-PS 2,14-8,314-.
Nach dem Auspumpen wird die Öffnung wieder geschlossen.
Durch Verwendung von Material mit den angegebenen, verschiedenen Wärmedehnungskoeffizienten wird die Wärmeschockfestigkeit,
insbesondere beim Temperaturabstieg, wesentlich verbessert,
möglicherweise weil die vergleichsweise niedrige Wärmedehnung der Kappe 7 usw. die vergleichsweise hohe Wärmedehnung des
ringförmigen Bands 6 und des Lots 8 der hermetischen Abdichtung
kompensiert.
Zusammenfassend ergeben sich folgende Torteile:
1. Statt der umständlichen Einführung von Metall in erhitztes Glas wird die Abdichtung durch einfaches Löten hergestellt.
2. Die Öffnungen im Reflektor können wesentlich kleiner als bisher sein, wodurch die optische Verzerrung wesentlich geringer
wird.
3. Werden die Öffnungen im Vorsprung vorgesehen, so kann auch dieser erheblich kleiner sein. Infolgedessen werden die Reflektorflächen
beim Pressen weniger verzerrt.
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ORIGINAL INSPECTED-
ORIGINAL INSPECTED-
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4. Die für die sogenannten "Housekeeper"-Abdichtungen typische
Verzerrung der Eeflexionsflachen wird ganz ausgeschaltet.
v/eitere Torteile, wie grössere Wärmeschockfestigkeit, ergeben
sich aus der Beschreibung.
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ORIGINAL INSPECTED
Claims (8)
1. Glas-Metalldichtung, gekennzeichnet durch eine durch den Glasteil (1, 10) führende Öffnung (2a, lla), eine hermetisch
an der Rückfläche (4, 14) des Glasteils haftende und die Öffnung umgebende, ringförmige Metallbeschichtung mit vergleichsweise
grosser Wärmedehnung, ein die Öffnung und die Metallbeschichtung bedeckendes Metallstück (7, 17? 22, 26), und ein
über die Metallbeschichtung nicht hinausragendes, hermetisches
ringförmiges Lot, welches die Metallbeschichtung mit dem Metallstück verbindet.
2. Glas-Metalldichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die öffnung im Glasteil durch einen leicht verjüngten
Vorsprung (12) auf der Glasteilrückseite reicht, dessen Mitte die ringförmige Metallbeschichtung trägt, und das Metallstück
aus einer ähnlich dem Vorsprung verjüngten Metallkappe (17» 22, 26) besteht.
3. Glas-Metalldichtung gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass ein mit dem Metallstück verbundener elektrischer Leiter (9, 12) durch die öffnung geführt ist.
11 -
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ORIGINAL· INSPECTED
ORIGINAL· INSPECTED
4. Glas-Metalldichtung gemäss Anspruch 1, 2 oder 3? dadurch
gekennzeichnet, dass die Metallbeschichtung aus einer Edelmetallfarbe besteht.
5. Glas-Metalldichtung gemäss Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet,
dass das Metall Silber ist.
6. Glas-Metalldichtung gemäss Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lotring aus
einem Hochtemperaturlot mit einem über 250° liegenden Erweichungspunkt
besteht.
7. Glas-Metalldichtung gemäss Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbeschichtung aus Nickel besteht und durch
Sputtering auf die Glasoberfläche aufgebracht ist.
8. Glas-Metalldichtung gemäss irgend einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie im Scheinwerfer für Kraftfahrzeuge verwendet wird, wobei der Glasteil den
Reflektor darstellt.
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ORIGINAL INSPECTED
ORIGINAL INSPECTED
Uerseite
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