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Verfahren zur Herstellung von mit einem Metalldampf gefüllten Entladungsgefäßen,
bei welchen zum Zwecke der Erzeugung untersättigter Dämpfdrücke während des Betriebes
dosierte Metallmengen eingebracht sein müssen Oft ist es .erwünscht oder notwendig,
elektrische Entladungsgefäße mit genau abgemessenen Mengeneines Metalls zu füllen,
dessen Dampf während des Betriebes ganz oder teilweise als Träger der Entladung
dient. Besonders trifft dies zu, wenn der Dampfdruck im Entladungsgefäß während
des Betriebes ein genau vorgeschriebenes Maß einhalten muß, um Überdruck zu vermeiden
und damit einer Unterbrechung der Entladung vorzubeugen. Man betreibt dann das Entladungsgefäß
?m untersättigten Dampfzustand. Das bisherige Verfahren des Einfüllens von Metall
besteht °m wesentlichen darin, daß ,eine möglichst genau abgemessene Metallmenge
aus einem anderen Gefäß in das sonst völlig fertiggestellte Entladungsgefäß hinüberdestilliert
wird. Die erforderliche genaue Dosierung des Metalls ist jedoch sehr unsicher und
schwierig, so daß die Einhaltung der gewünschten Betriebsdaten bzw. die Aufrechterhaltung
der Betriebsstabilität in Frage gestellt ist.
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Vorliegende Erfindung gestattet -demgegenüber eine genaue Bemessung
der einzufüllenden Metallmenge. Erfindungsgemäß wird während der Einfüllung des
Metalldampfes, der von einem Vorratsgefäß Tier durch. Verdampfung .eingelassen wird,
das Entladungsgefäß zusammen mit dem Vorratsgefäß an der Pumpapparatur durch einen
Hahn o. dgl. abschließbar belassen und auf einer der späteren normalen Betriebstemperatur
entsprechenden Temperatur gehalten, während das Vorratsgefäß auf eine Temperatur
gebracht wird, die dem späteren gewünschten Betriebsdampfdruck entspricht und niedriger
als die spätere Betriebstemperatur des Entladungsgefäßes liegen, höchstens aber
mit dieser übereinstimmen kann. Bei diesem Verfahren befindet sich während des Einfüllens
nur dampfförmiges Metall im Entladungsgefäß, und zwar unter Druck- und Temperaturverhältnissen,
die mit den betriebsmäßigen übereinsrimtnen. Schmilzt man das Entladungsgefäß in
diesem Zustand ab, ,so enthält es genau diejenige Menge an Metall. in Dampfform,
welche biestimmungsgemäß eingeführt werden sollte, Dies ist auch dann der Fall,
wenn man vor dem Abschmelzen den Metalldampf unter völligem Absperren des Entladungsgefäßes
von der Entlüftung,- bzw. Einfülleitung sich ausschließlich. und vollständig in
ihm kondensieren läßt und dann erst das Abschmelzen vornimmt.
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Praktisch kann man auch so verfahren, daß man Entladungsgefäß und
Vorratsgefäß während des Einfüllens auf derjenigen Sättigungstemperatur
des
Fülldampfes hält, welche dem beim Betrieb herrschenden Dampfdruck entspricht. Bei
den praktisch vorkommenden geringen Untersättigungsgraden weichen dann während des
Betriebes Dampfdruck und -dichte nur unerheblich von den geforderten Werten ab.
Man kann ein größeres Reservegefäß vorsehen, das gegebenenfalls auf einer etwas
geringeren Temperatur als das Entladungsgefäß gehalten wird, so daß eine eventuelle
Kondensation nicht in letzterem erfolgt. Es sei bemerkt, daß sich das erfindungsgemäße
Verfahren gerade für die Massenherstellung von Entladungsgefäßen, z. B. Lampen,
insbesondere auch für die gleichzeitige Herstellung einer größeren Anzahl von ihnen
eignet.
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Im folgenden ist an Hand der Abbildungen eine beispielsweise Ausgestaltung
des Erfindungsgedankens dargestellt. i stellt eine Pumpgabel dar, an der eine Mehrzahl
von Lampen 2, 3, q., 5 und 6 sitzt, zum Zwecke der Ausheizung, Entgasung u. dgl.
Die gesamte Vorrichtung ist in einem großen Heizkasten 7 untergebracht. Dieser führt
hierbei eine doppelte Funktion aus, mindestens ist aber die Möglichkeit hierzu gegeben.
Er kann außer zum Ausheizen und Entgasen, welches in bekannter Weise @ vorgenommen
wird, gleichzeitig auch dazu benutzt werden, um die Lampen während der Metalldampfeinfüllung
auf einer ihrem späteren Betriebsdampfdruck entsprechenden Temperatur zu halten.
Diese wird natürlich meistens von der vorhergehenden Vorheizung abweichen, z. B.
können die Lampen sowohl mit einer höheren wie auch mit einer niedrigeren Temperatur
ausgeheizt werden. Danach jedoch muß die Temperatur, um die Lampe beispielsweise
mit Quecksilberdampf von genau i Atm. Druck zu füllen, auf z. B. 367" eingestellt
@verden. Dies gilt für. den Fall der Verwendung von Quecksilber als Füllmaterial.
Aber auch dann, wenn sich Ausheiztemperatur und spätere Einfülltemperatur ungefähr
entsprechen, seht man erfindungsgemäß so vor, daß man"die Lampen nun nicht, wie
es bisher üblich war, etwa abkühlen läßt, beispielsweise durch Entfernung des Heizkastens
oder dadurch, daß sie bei Serienfabrikation aus dem Heiztunnel heraustreten, sondern
daß man sie in der Heizanordnung behält und währenddessen den Metalldampf einströmen
läßt.
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Statt des Heizkastens können auch beliebige andere Heizvorrichtungen,
z. B. :eine die fertigzustellende Lampe erhitzende Flamme, ferner über die Lampen
einzeln herüberg:eschobene elektrische Heizmäntel u. dgl. verwendet werden. Die
Evakuierung und ebenso die nach der Ausheizullg evtl. vorzunehmende Füllung. mit
einem Edelgas erfolgt auf dem Wege über die Hochvakuumleitung 8 durch das anfänglich
noch leere Gefäß 9 und dann durch die Pumpgabel i. Es ist nun an der Pumpgabel noch
eine weitere Zuleitung i o vorgesehen, die zu einem mit dem Einfüll.metall gefüllten
Behälter i i führt. Zum Zwecke der Absperrung während des eigentlichen Evakuierungsvorganges
ist :ein beispielsweise mit Quecksilber abgedichteter, ungefetteter Hahn 12 vorgesehen.
Aus dem Behälter i i wird nun nach erfolgter Evakuierung der Entladungsgefäße und
während dieselben auf einer der späteren Betriebstemperatur entsprechenden Temperatur
gehalten werden, das Metall, -beispielsweise Quecksilber, herüberdestilliert. Hierzu
wird der Behälter i i ebenfalls z. B. auf die spätere Betriebstemperatur erhitzt.
Zu diesem Zwecke kann derselbe in dem Heizkasten 7 untergebracht sein. Er kann jedoch
ebenso gut auch außerhalb des Heizkastens liegen. Die Erhitzung des Behälters i
i braucht andererseits nicht durch den Heizkasten, sondern durch eine gegebenenfalls
auch anders gestaltete Heizquelle vorgenommen zu werden. Es kann eine besondere
Heizvorrichtung 13, z. B. eine solche elektrischer Art, vorgesehen sein. Der Hahn
12 ist zweckmäßigerweise nach der in der Abbildung dargestellten Konstruktion durch
die Wand des Heizkastens in den kühleren Außenraum hinausgeführt und sehr lang ausgestaltet.
Es sei bemerkt, daß die anderen an der Pumpgabel noch ansitzenden Teile mit Ausnahme
der Zuleitung zur Hochvakuumpumpe mit der eben beschriebenen Vorrichtung nichts
zu tun haben, sondern einen anderen möglichen Fall einer einfachen Einfüllung des
Quecksilbers oder sonstigen Füllmetalls darstellen. Aus Gründen der Einfachheit
sind dit anderen dargestellten Fälle nebeneinander, jedoch jeder für sich selbständig,
in die gleiche Abbildung zusammen aufgenommen.
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Eine andere Möglichkeit der Einführung von Füllmaterial zunächst in
die Pumpappatur und danach in das abzuschmelzende Entladungsgefäß (oder -gefäße;
ergibt sich folgendermaßen: Ein größeres Reservegefäß 2o enthält das Füllmetall
o. dgl. in flüssigem Zustand. An das Gefäß 2o schließt sich ein Ablaufrohr a i an.
Dieses kann durch eilten fettlosen Hahn 22 während des Evakuierens von der Pumpapparatur
getrennt werden. Die vakuumdichte Abschließung des Hahns erfolgt durch die Füllflüssigkeit
selbst. Infolgedessen dürfte dieses Verfahren insbesondere dann Anwendung finden
können, wenn die Füllflüssigkeit aus Quecksilber u. dgl. besteht. Zum Einfüllen
derselben in die Pumpapparatur öffnet man den Hahn 22 nach vorgeaommener Entgasung,
Ausheizung usw. und Läßt etwas Füllflüssigkeit in die Apparatur
eintreten,
und zwar auf dem Wege über- das Röhr 23. Unterhalb der Eintrittsöffnung desselben
in die Pumpgabel befindet sich ein gegebenenfalls gesondert, vorzugsweise auf elektrischem
Wege beheizbares Vorratsgefäß oder Auffanggefäß 24. In diesem wird die Füllflüssigkeit
zur Verdampfung gebracht und gelangt so in. dampfförmigem Zustand. in die auf der
späteren Betriebstemperatur befindlichen Entladungsgefäße. Im übrigen wird dann
wie in dem bisherigen Fall verfahren.
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Bei den bisher beschriebenen Vorrichtungen stellt sich die Verwendung
eines Hahnes (12 bzw. 22) als Nachtei). heraus. Deshalb ist im folgenden eine Vorrichtung
beschrieben, bei welcher zwecks Einführung des Füllmaterials in die Pumpapparatur
kein besonderer Hahn in Funktion zu treten braucht. Hierbei ist nämlich an die Vakuumleitung
zur Pumpgabel ein Rohr 14 .angesetzt, welches aus dem heizbaren Teil der Vakuumapparatur
oder aus- der Heizanordnung überhaupt, z. B. dem. Heizkasten, herausführt.. Das:
Rohr 14 mündet in ein Gefäß 15, wobei es. tief in dasselbe hineinreicht, und zwar
bis unter die Oberfläche eines darin befindlichen Vorrates 16 der Füllflüssigkeit.
Diese sei beispielsweise Quecksilber. An dem Gefäß 15 ist eine vakuumdichte Einfüllvorrichtung
17 vorgesehen. Ferner setzt an demselben eine Leitung 18 zur Vakuumpumpe hin an,
und nvar am besten zur Vorva:kuumpumpe. Während des Ausheizens der Entladungsgefäße
zieht an der Leitung eine Vakuumpumpe, so daß- das Quecksilber weder im. Gefäß 9
noch im Rohr 14 steht. Demnach ist also eine einwandfreie Evakuierung der Pumpgabel
samt den anhängenden Entladungsgefäßen und sonstigen Vakuumteilen durch das Rohr
8 hindurch. möglich. Nach Einfüllen des Edelgases und nach Beendigung -der sonstigen
für die. -Fertigstellung der Entladungsgefäße erforderlichen Maßnahmen (außer dem
Einfüllen des Fülldampfes) läßt man nun durch das Rohr i 8 hindurch Luft, Stickstoff-
oder ein Edelgas mit einem Druck von inelireren Zentimetern ein. Dieses drückt auf
den Quecksilberspiegel. 16.. Das Quecksilber steigt somit durch den Rohrteil 14
in das Gefäß 9 hinein, und. zwar bis zu einer Höhe, die durch den Druck des in das
Gefäß 15 durch das Rohr 18 hindurch hineingelassenen. Gases bestimmt wird. Auf diese
Weise wird das Quecksilber ohne Anwendung irgendwelcher Hähne in die von der Heizvorrichtung
7 umgebenen Teile der Pumpapparatur hineinbefördert. Durch die. Regulierung der
Temperatur seitens der letzteren wird nun im Inneren der Pumpgab,-el und den angrenzenden
Teilen der dem späteren Betriebsdampfdruck der Lampe entsprechende Sättigungsdruck
hergestellt, und zwar geschieht dies durch Verdampfung des Quecksilbers aus dem
Gefäß ,9 heraus. Das Zuführungsrohr 14 für das Quecksilber ist verhältnismäßig eng.
zu halten, damit zur Füllung des Gefäßes 9 nicht eine zu große Quecksilbermenge
erforderlich ist. Letzteres ist natürlich lein unbedingt notwendiger Bestandteil
der Apparatur, jedoch ist seine Verwendung zweckmäßig, da hierdurch eine große Oberfläche
des verdampfenden Quecksilbers gebildet werden kann. Die Folge hiervon ist ein.
schnelleres Verdampfen des .eingeführten Quecksilbers, ein Gesichtspunkt, der naturgemäß
für die massenweise Herstellung von Entladungsgefäßen von Wichtigkeit ist. Es ist
ferner auch zum Zwecke schneller Verdampfung empfehlenswert, das Gefäß 9 ebenso
wie das Röhr 14 oder sogar das Gefäß 15 noch mittels :einer besonderen Heizwicklung
i9 zu beheizen.
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Zwecks Stabilisierung der Druckverhältnisse in der Anlage. ist an
die Pumpgabel lein großes Reservegefäß 25 angeschlossen. Dieses wird gleichfalls
auf ;einer dem späteren erwünschten Betriebsdampfdruck der Lampe entsprechenden
Sättigungstemperatur, und zwar unter Umständen sogar zweckmäßigerweise auf einer
etwas geringeren Temperatur, gehalten. Dazu kann sich eine etwaige Kondensation
des Fülldampfes im Innern der Anlage bevorzugt stets in dem Gefäß 25 Vollziehen,
nicht aber in. den abzuschmelzenden Entladungsgefäßen, wo die kondensierten Mengen
des Füllmaterials natürlich einen Überschuß an diesem darstellen würden, was späterhin
Anlaß zu überdrucken geben w ürde. An das Gefäß 25 ist ein Thermometer 26 angesetzt
zwecks genauester Kontrolle der Dampftemperatur innerhalb der Vakuumteile und insbesondere
der zu füllenden Röhren. Sonst lassen sich natürlich. innerhalb der Heizanordnung
7 auch noch an anderen Stellen Thermometer anbringen. Zwischen dem Gefäß 25 und
den später abzuschmelzenden Entladungsgefäßen herrscht ungefähres Druckgleichgewicht.
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Es empfiehlt sich im allgemeinen, die Entladungsgefäße in der durch.
2 und 3 dargestellten Art so einzuschmelzen oder einzusetzen, daß das Piunpröhr
nach unten führt und etwa kondensierendes Füllmaterial herausläuft. Jedoch kann
die Anordnung auch aus anderen Gesichtspunkten heraus wie bei den Lampen 4, 5 und
6 getroffen werden, die in hängender Lage dargestellt sind. Dies empfiehlt. sich
beispielsweise insbesondere dann, wenn man das Füllmaterial nicht in die Anlage
hineindampfen läßt, sondern ies z. B. aus einem besonderen, zweckmäßigerweise ebenfalls
an die Pumpgabiel i angesetzten. Gefäß vorzugsweise in sie hineinlaufen
lassen
will. Zu diesem Zwecke kann ein solches Vorratsgefäß mittels eines minde. stens
teilweise biegsamen Rohres oder Schlauches mit der Pumpgabel verbunden sein. An
die Pumpgabel wird dann zweckmäßigerweise an der Zuführungsstelle eine kleine Ausbauchung,
.ein Ansatzgefäß oder Reservoir angelegt, in welches die Füllflüssigkeit zunächst
hineinläuft. Dort nimmt sie die erwünschte Temperatur an und verdampft von da aus
weiter.
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Das Abschneiden oder Abschmelzen der Entladungsgefäße erfolgt nun,
während dieselben sich noch auf der erhöhten Temperatur befinden, welche dem Dampfdruck,
der während des späteren Betriebes vorherrschen soll., entspricht. Zu diesem Zweck
wird der Heizkasten 7 entfernt und die Lampe in der üblichen Weise abgeschmolzen.
Bei Automaten ist die Einrichtung dann so. getroffen. daß die Entladungsgefäße in
dem üblichen Fabrikationsweg aus einem Heiztunnel heraustreten und im Moment des
Austritts abgeschmolzen werden. Statt dessen können dieselben auch feststehen und
umgekehrt dagegen der Heiztunnel bewegt werden. Die Anbringung der Füllvorrichtung
macht hierbei gar keine besonderen Schwierigkeiten. Dieselbe bewegt sich entweder
mit oder die Pumpgabel ist mit ihr drehbar, z. B. mittels drehbarer Schneiden oder
Hähne angesetzt. Bei der zuletzt erwähnten Methode des Einfüllens, bei welcher also
die Lampen nach unten hängen, kann man sogar die ganze Vorrichtung auskühlen lassen.
Man muß nur dafür sorgen, daß sich der in den Lampen befindliche Dampf des Füllmaterials,
der sich, um es nochmals zu wiederholen, auf einem dem späteren Betriebsdampfdruck
der Lampe entsprechenden Druck befindet, ausschließlich, aber auch vollständig in
dem Entladungsgefäß kondensiert. Die Pumpgabel muß also abgesperrt . werden, sei
es durch einen Hahn, sei es in der schon geschilderten Weise durch eine Flüssigkeitsfläche,
und die ganze Anordnung muß gleichmäßig abgekühlt werden. Es darf daher w ed,er
aus den Entladungsgefäßen etwas in die Pumpgabel hincinkandensiereu noch auch umgekehrt
aus der letzteren in die ersteren.
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In dem Fall., wo die Lampe bis zum Zeitpunkt der Abschmelzung erfindungsgemäß
auf der ihrer späteren Betriebstemperatur entsprechenden hohen Temperatur gelassen
wird, um jede vorherige Kondensation des Dampfes auszuschließen, kann man natürlich
auch die ursprünglichen Fülldampfdrucke und damit den Fülldruck innerhalb der Anlage
sogar noch etwas höher bemessen, als es dem bei der späteren Betriebstemperatur
herrschenden Druck entspricht, wobei man den kleinen Temperaturabfall während des
Abschmelzens entsprechend einreguliert.
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Das Verfahren wurde in der Hauptsache im Fall. der Füllung der Lampe
mit Quecksilber beschrieben. In der gleichen Weise erfolgt auch die Füllung mit
Dämpfen, wie Natrium und Cadmium, oder auch mit metalloidischen Dämpfen, wie Jod,
Brom, ferner organischen Dämpfen, wie Benzol u. dgl.