DE3701724A1 - Verfahren und vorrichtung zur verbesserung eines vakuums in einem gasdichten behaelter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ver­ besserung eines Vakuums in einem gasdichten Behälter, insbe­ sondere in einem Glaskolben, in dem sich Funktionteile befin­ den, die mit durch die Behälterwand geführten Zuleitungen ver­ sehen sind, bei dem die Funktionsteile während des Evakuierens aufgeheizt und infolgedessen von den Funktionsteilen entwei­ chende, das Vakuum verunreinigende Stoffe mit abgesaugt wer­ den.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist bei der Formierung von Argon-Laserröhren bekannt, deren die Funk­ tionsteile bildende Glühkatode während des Evakuierens durch Stromzuführung aufgeheizt wird. Infolgedessen werden Ver­ schmutzungen der Katode bzw. Wasser- oder Gasbestandteile dem abzusaugenden Gasstrom zugeführt und von diesem aus dem Behälter entfernt. Die elektrische Beheizung der Glühkathode erfolgt hierbei in exakt auf den Abpump- bzw. Reinigungspro­ zeß abgestimmter Weise. Die Stromzuführung in die Glühkathode erfolgt über deren nach außen geführte Zuleitungen, die dort an eine Stromquelle angeschlossen werden müssen. Das externe Aufheizen während des Herstellungsprozesses ist jedoch mit großem Aufwand und hohem Anspruch an das Fertigungsverfahren versehen. So muß bei jedem herzustellenden Teil eine Kontak­ tierung der elektrischen Zuführungen in derselben Weise ge­ währleistet sein, damit bei allen Produkten dieselbe elek­ trische Aufheizenergie zur Anwendung kommt. Der bei dieser Kontaktierung und Aufheizung erforderliche Aufwand ist in vielen Fällen erheblich und ökonomisch nicht vertretbar, zu­ mal er während des Evakuierens erfolgen muß.

Es ist allgemein bekannt, daß zur Erzielung von Vakua geringster Drücke und größter Reinheit hohe Temperaturen des Behälters und der Zuleitungen verwendet werden, um verun­ reinigende Stoffe in den dampfförmigen Aggregatzustand zu überführen und so während des Abpumpvorganges aus dem zu evakuierenden Behälter zu entfernen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß es für die Massenfertigung geeignet ist, also einfach und preis­ -wert, wobei das Vakuum des Behälters und die Energieversor­ gung der aufzuheizenden Funktionsteile jeweils verbessert wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Funktions­ teile während des Evakuierens mit Laserstrahlung aufgeheizt werden.

Die Laserstrahlung hat den Vorteil, daß für die Aufhei­ zung der Funktionsteile keine durch die Behälterwand ge­ führten Zuleitungen an eine Stromquelle angeschlossen werden müssen. Das Aufheizen erfolgt vielmehr unter Ausschluß mecha­ nischer Bauteile für die von außen in das Behälterinnere er­ folgende Energieübertragung. Darüberhinaus ist von Bedeutung, daß der Aufheizvorgang weitgehend unabhängig von der räumlichen Gestaltung des Behälters und der Funktionsteile durchgeführt werden kann. Bestimmte Funktionsteile mit z. B. größerer Masse können auch länger aufgeheizt oder auf eine höhere Temperatur gebracht werden. Der Reinigungsprozeß dieser Funktionsteile kann also beschleunigt oder weiter vorangetrieben werden, als dies bei Aufheizung über die Zuleitungen möglich ist.

Besonders vorteilhaft ist die Anwendung des Verfahrens bei der Herstellung von Glühlampen. Hier wird durch das ein­ fache Aufheizen der Glühlampenwendel mittels Laserstrahlung beim Evakuieren erreicht, daß das Vakuum eine erheblich ver­ besserte Qualität hat, so daß die Glühlampen eine erhöhte Lebensdauer und einen besseren Wirkungsgrad aufweisen.

Bei einem Verfahren zur Beeinflussung eines Vakuums in einem gasdichten Behälter, in dem sich während des Evakuierens Funktionsteile befinden, die das Vakuum verunreinigende Stoffe abgeben, die mit abgesaugt werden, werden an den Behälterinnen­ raum angrenzende Oberflächen der Funktionsteile, von Werk­ stücken und/oder des Behälters einer mit Laserstrahlung erfolgenden fotoablativen und/oder thermischen Behandlung un­ terworfen.

Eine derartige fotoablative Behandlung bewirkt, daß insbesondere auf den Oberflächen sitzende Teilchen entfernt werden, nämlich die dort sitzenden Verschmutzungen. Diese er­ halten von der Laserstrahlung eine Energiezufuhr, welche die Bindungskräfte zu den Oberflächen aufhebt, so daß die Teilchen dem abgesaugten Gasstrom zugeführt werden. Die thermische Be­ handlung bewirkt ein Verdampfen der Verunreinigungen.

Die Dauer der thermischen und/oder fotoablativen Be­ handlung bestimmt sich in Abhängigkeit vom Grad der Reflexion der Laserstrahlung. Erreicht dieser ein bestimmtes Maß, welches jeweils abhängig von dem Werkstoff der bestrahlten Oberfläche ist, so ist der gewünschte Reinigungsgrad erreicht.

Die Behälterinnenwände, die Funktionsteile und/oder die Werkstücke werden mit Laserstrahlung direkt und/oder reflek­ torisch bestrahlt, so daß auch sie mit einfachen Mitteln zur Verbesserung des Vakuums gereinigt werden können. Dabei ist es vorteilhaft, nämlich einfach, daß Laserstrahlung sowohl zum Reinigen der Funktionsteile, der Werkstücke und auch zum Rei­ nigen der Behälterinnenwände herangezogen werden kann.

Eine Vorrichtung zur Verbesserung eines Vakuums in einem gasdichten Behälter, in dem sich während des Evakuierens Funk­ tionsteile oder Werkstücke befinden, und der an eine Absaug­ anleitung angeschlossen ist, weist die kennzeichnenden Merk­ male auf, daß der Behälter mit mindestens einem Laserstrahlung eines außerhalb des Behälters angeordneten Lasers durchlassen­ den Wandabschnitt versehen ist. Der Laserstrahlung durchlassende Wandabschnitt besteht aus einem wenig Strahlungsenergie absor­ bierenden Werkstoff, welcher also als in den Behälter eingesetz­ tes Fenster ausgebildet ist oder insgesamt den Behälter bildet.

Die Laserstrahlung hat eine in der Behälterwand oder dessen Wandabschnitt geringe Absorptionsverluste bewirkende Wellenlän­ ge und/oder weist im Bereich des durchlassenden Wandabschnitts eine geringe Intensität auf. Beide Eigenschaften der Vorrichtung bewirken, daß möglichst viel Strahlungsenergie dorthin gelangt, wo sie dem Aufheizen und/oder der fotoablativen Behandlung dienen soll.

Der Behälter ist als Glaskolben einer Glühlampe und ein Funktionsteil als deren Wendel ausgebildet. Dadurch wird eine Erhöhung der Lebensdauer einer die Vorrichtung bildenden Glüh­ lampe sowie dessen besserer Wirkungsgrad erreicht.

Es sind Neodym- oder dergleichen Festkörper- oder Argon- Ionen-Laser zur Aufheizung und/oder Excimer-Gaslaser zur Ab­ lationsbehandlung vorhanden. Diese Laser eignen sich beson­ ders für die angegebenen Zwecke, was nicht ausschließt, daß andere Laser eingesetzt werden.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Glühlampe, die evakuiert und mit Laserstrahlung behandelt wird, und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer weiteren er­ findungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt als besondere Anwendung der Erfindung das Ausheizen von Glühlampen beim Evakuieren. Die Glüh­ lampe 10 hat einen als Glaskolben ausgebildeten Behälter 11 mit einem Sockel 12 und einem Wendelträger 13, der Zuleitungen 14 für eine ein Funktionsteil 15 bildende Wendel aufweist, die von einem Traggerüst 16 des Wendelträgers 13 gehalten ist. Die Befestigung des Wendelträgers 13 im Sockel 12 der Glühlampe 10 ist herkömmlich und daher nicht dargestellt.

Der Sockel 12 der Glühlampe 10 ist mit einem Ansaug­ stutzen 17 überschoben, der einen am Sockel 12 zur Anlage kommenden elastischen Abdichtungsring 18 hat. An den Absaug­ stutzen 17 ist eine nicht dargestellte Pumpe angeschlossen, die den Innenraum 19 der Glühlampe 10 evakuiert, indem ein Gasstrom in Richtung des Pfeils 20 abgesaugt wird.

Zugleich mit dem Absaugen bzw. mit dem Evakuieren des Behälters 11 wird eine Laserstrahlung 21 angewendet, die auf das Funktionsteil 15 fokussiert ist. Zur Anwendung kommt beispiels­ weise Laserstrahlung mit der Wellenlänge 1,06 µm eines Neo­ dym-Lasers. Diese Laserstrahlung durchdringt den aus Glas be­ stehenden Behälter 11 bzw. Lampenkolben mit geringen Strah­ lungsverlusten, die vernachlässigbar sind. Die Laserstrahlung wird weitgehend von dem Funktionsteil 15 absorbiert. Infolge­ dessen ergibt sich eine Aufheizung auf Temperaturen, bei denen unerwünschte gasförmige, flüssige oder feste Bestandteile des Wendelwerkstoffs abdampfen und infolgedessen mit dem Gasstrom entfernt werden können.

Mit der Entfernung dieser Stoffe beim Evakuieren wird verhindert, daß im späteren Betrieb der Glühlampe das Vakuum im Innenraum 19 verschlechtert und damit die Lebensdauer und der Wirkungsgrad der Glühlampe 10 herabgesetzt werden.

Fig. 2 zeigt einen Behälter 11 als Behandlungskammer, in dem ein Werkstück 22 angeordnet ist, und dessen Innen­ raum 19 mit einer Absaugleitung 23 an eine Vakuumpumpe 24 angeschlossen ist. Zur Bestrahlung des Werkstücks 22 dient ein Laser 25, dessen Strahlung 26 mit einer Fokussierein­ richtung 27 auf das Werkstück 22 gerichtet wird, wobei die fokussierte Strahlung 21 einen Wandabschnitt 29 der Wand 30 des Behälters 11 durchdringt. Dieser Wandabschnitt 29 ist aus einem wenig Strahlungsenergie absorbierenden Werkstoff hergestellt, so daß der größte Teil der Strahlungsenergie der Strahlung 21 zur Behandlung des Werkstücks 22 zur Ver­ fügung steht. Des weiteren kann die Laserstrahlung so ausge­ wählt sein, daß sie eine in dem Wandabschnitt 29 geringe Absorptionsverluste bewirkende Wellenlänge hat. Es ist auch möglich, die Laserstrahlung so zu beeinflussen, daß sie im Bereich des Wandabschnitts 29 durch entsprechende räumliche Erstreckung eine geringe Intensität aufweist.

In Fig. 2 wird die Laserstrahlung 21 im wesentlichen hori­ zontal in den Behälterinnenraum 19 auf das Werkstück 22 ge­ geben. Es ist aber auch möglich, die Laserstrahlung 21 am Werk­ stück 22 bzw. an einem Funktionsteil vorbei auf die Behälter­ innenwand 31 zu richten, so daß die Behälterinnenwände direkt der Behandlung mit Laserstrahlung 21 unterworfen sind. Die Linien 32 stellen weitere mögliche Mittellinien der Laserstrahlung 21 schematisch dar. Die Laserstrahlung 21 bestrahlt die Innen­ wände 31 direkt oder durch Reflexion von einer Innenwand oder mit einem Verteilkörper auf eine andere Innenwand und/oder auf rückwärtige Abschnitte des Werkstücks 22 oder eines Funktions­ teils. Damit ist ein Aufheizen des Behälters 30 möglich, oder eine fotoablative Behandlung, die beispielsweise abgebrochen wird, wenn der gemessene Reflexionsgrad ergibt, daß die Wände bzw. Teile sauber sind.

Das Werkstück 22 bzw. ein Funktionsteil kann immer dann in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem er­ findungsgemäßen Verfahren behandelt werden, wenn sein Werk­ stoff eine hinreichende Absorption der Laserstrahlung er­ laubt. Vorzugsweise kommen Wolfram- und Stahlfunktionsteile in Frage, die sehr verbreitete Anwendungen haben.

Claims (11)

1. Verfahren zur Beeinflussung eines Vakuums in einem gasdichten Behälter, insbesondere in einem Glaskol­ ben, in dem sich Funktionsteile befinden, die mit durch die Behälterwand geführten Zuleitungen ver­ sehen sind, bei dem die Funktionsteile während des Evakuierens aufgeheizt und infolgedessen von den Funk­ tionsteilen entweichende, das Vakuum verunreinigende Stoffe mit abgesaugt werden, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Funktionsteile (15) während des Evakuierens mit Laserstrahlung (21) aufge­ heizt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es bei der Herstellung von Glühlampen (10) Anwendung findet.

3. Verfahren zur Beeinflussung eines Vakuums in einem gasdichten Behälter, in dem sich während des Evaku­ ierens Funktionsteile befinden, die das Vakuum verun­ reinigende Stoffe abgeben, die mit abgesaugt werden, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an den Behälterinnenraum (19) angrenzende Innenwände (31) der Funktionsteile (15), von Werkstücken (22) und/oder des Behälters (30) einer mit Laserstrahlung (21) erfolgenden fotoablativen und/oder thermischen Behandlung unterworfen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Dauer der fotoab­ lativen und/oder thermischen Behandlung in Abhängigkeit vom Grad der Reflexion der Laserstrahlung (21) erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Be­ hälterinnenwände (31), die Funktionsteile (15) und/oder Werkstücke (22) mit Laserstrahlung (21) direkt und/oder reflektorisch bestrahlt werden.

6. Vorrichtung zur Verbesserung eines Vakuums in einem gasdichten Behälter, in dem sich während des Evaku­ ierens Funktionsteile oder Werkstücke befinden, und der an eine Absaugleitung angeschlossen ist, insbe­ sondere zur Durchführung der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Behälter (11, 30) mit min­ destens einem Laserstrahlung (21) eines außerhalb des Behälters (11, 30) angeordneten Lasers (25) durchlassen­ den Wandabschnitt (29) versehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Laserstrahlung (21) durchlassende Wandabschnitt (29) aus einem wenig Strah­ lungsenergie absorbierenden Werkstoff besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlung (21) eine in der Behälterwand (30) oder dessen Wandabschnitt (29) geringe Absorptionsverluste bewirkende Wellenlänge hat und/oder im Bereich des durchlassenden Wandabschnitts (29) eine geringe Intensität aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Laser­ strahlung (21) eine in den Funktionsteilen (15), Werk­ stücken (22) oder Behälterinnenwänden (31) eine hohe Strahlungsabsorption bewirkende Wellenlänge hat.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß der Be­ hälter (11) als Glaskolben einer Glühlampe (10) und ein Funktionsteil (15) als deren Wendel ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß Neodym- oder dergleichen Festkörper- oder Argon-Ionen-Laser zur Aufheizung und/oder Excimer-Gaslaser zur Ablationsbe­ handlung vorhanden sind.