DE838162C

DE838162C -

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Publication number: DE838162C
Application number: DE1951838162D
Authority: DE
Priority date: 1948-05-01
Filing date: 1951-07-12
Publication date: 1952-05-03
Also published as: FR985337A; DE838030C; GB721621A; GB663309A; FR63142E; DE1016848B

Description

(WiGBI. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 5. MAI 1952

/ i86i VIIIcJ 2i f

Die Erfindung bezieht sich auf Quarzeinschmelzungen für elektrische Entladungslampen und ähnliche elektrische Entladungsvorrichtungen. Einschmelzungen dieser Art, bei denen der Quarz unmittelbar an Wolframdrähte oder Molybdänfolien von dünnem Querschnitt zur Erzielung einer gasdichten Verbindung angeschmolzen- ist, sind seit langem bekannt. Indessen ist die Stromleitfähigkeit dieser Einschmelzungen auf ι oder 2 Ampere wegen des geringen Querschnittes des< metallischen Leiters beschränkt. Wenn stärkere Ströme, wie z.B. Ströme von ίο Ampere, in Betracht kommen, ist es übliche Praxis, Einschmelzungen zu verwenden, welche mehrere parallel geschaltete Molybdänfolien enthalten. Diese Einscnmelzungen sind aber von großem Umfang und verwickelter Bauart und schwierig und teuer in der Herstellung.

Man hat bereits vorgeschlagen, eine hochleitfähige Einschmelzung von kleinen Abmessungen und einfacher Ausführung unter Benutzung nur ao eines einzigen dicken Leiters, z. B. eines Wolframstabes, für die Führung und Durchleitung des Stromes durch den Quarzteil des vakuumdichten Abschlusses dadurch zu schaffen, daß der Quarz nicht mit dem Stab verschmolzen, sondern statt dessen ein Abdichtungsstiel in der Form einer fingerhutartig ausgebildeten Molybdänhülse um den Wolframstab in hermetischer Verbindung damit

vorgesehen wird. Diese Molybdänhülse hat eine dünne, in den Quarz eingebettete Abdichtkante, an welche dieser zur Bildung einer gasdichten Verbindung angeschmolzen ist. Diese Einschmelzungen werden in der Form von Stielen für die z. B. kugeligen Quarzhülleni von Hochdruckquecksilberdampflampen ausgeführt, die einen Leistungsverbrauch in der Größenordnung von mehreren Kilowatt und einen Dampfdruck von vielen Atmosphären

ίο haben.

Die hermetische Verbindung zwischen dem Wolframstab und der fingerhutförmigen Molybdänhülse muß bei derartigen Einschmelzungen hohen Temperaturen und Drücken widerstehen. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine diesen Anforderungen genügende hermetische Verbindung und ein vorteilhaftes Verfahren zu ihrer Herstellung zu schaffen. Außerdem bezweckt die Erfindung auch die Erzielung einer gasdichten Vereiniao gung eines Stromzuführungsleiters aus Wolfram mit Molybdänteilen und ferner eines hitzebeständigen Zusammenschlusses von aus Wolfram und von aus Molybdän bestehenden Abdichtungsteilen sowie die Verwirklichung einer Quarzeinschmel-

»5 zung in der Form eines an das Quarzgefäß einer elektrischen Entladungsvorrichtung anzusetzenden Stieles und ein Verfahren zur Herstellung eines Abdichtteiles hierfür.

Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung beispielsweise in einer Ausführungsform.

Fig. ι ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines für eine Entladungslampe bestimmten Stieks nach der Erfindung, und

Fig. 2 zeigt einen Teil davon im Schnitt vor der Vereinigung der Quarzteile mit den Metallteilen;

Fig. 3 ist eine Ansicht einer Vorrichtung zur Formung eines Metallteiles des Stieles, und

Fig. 4 gibt in einem Teilschnitt diese Vorrichtung nach der Formung .des Metallteiles wieder.

Gemäß Fig. 1 besteht der an ein Quarzgefäß anzusetzende Stiel aus einer Quarzröhre 1, durch welche ein Leiterstab 2 aus Wolfram hindurchgeht. Um den Wolframstab 2 ist eine dünne Molybdänfolie 3, deren Dicke in Fig. 1 in übertriebenem Maßstab dargestellt ist, herumgewickelt, um den Quarz am Anschmelzen und Anhaften an dem Wolframstab während der Herstellung des Stieles" zu verhindern. Den Stab 2 umgibt eine Molybdänscheibe 4, deren dünne zugespitzte Einschmelzkante 5 in die Wandung der Quarzröhre 1 eingebettet ist, die an diese Kante zur Bildung einer gasdichten Verbindung angeschmolzen ist. Die Molybdänscheibe 4 weist einen ringförmigen gewellten oder balgenartigen Teil 6 auf, um die radialen Zugl)eanspruchungen auszugleichen, die in der Scheibe infolge der verschiedenen/ Ausdehnungen des Wolframstabes 2, der Molybdänscheibe 4 und der Quarzröhre 1 bei den Herstellungs^ und Betriebsbedingungen auftreten. Den Stab 2 umgeben ferner zwei gewölbte Scheiben oder Schalen 7 und 8 aus Molybdän, welche ihre konkaven Seiten einander zukehren und mit ihren' Kanten sich gegen die Scheibe 4 zwischen dem Balgen 6 und der Einschmelzkante S legen und so eine Kammer umden Balgen 6 bilden·. Die Kappen 7 und 8 verhindern den plastischen Quarz am Zusammenschmelzen mit dem Balgen 6 der Scheibe 4 während der Herstellung, so daß dieser sich unter veränderlichen Temperaturbedingungen während des Betriebe» in seiner Form ändern kann. Am Wolframstab 2 ist eine Wolframelektrode 9 angebracht.

Der röhrenförmige Stiel 1 aus Quarz ist an seinem einen Ende mit einer Erweiterung 10 versehen, die dazu bestimmt ist, mit den Seiten einer öffnung in einer Quarzhülle zusammengeschmolzen zu. werden, um diese öffnung zu schließen. Wenn es sich um das Verschließen der öffnung bei der Hülle einer elektrischen Entladungslampe handelt, die bei erhöhter Temperatur arbeitet, muß die Verbindung zwischen der Scheibe 4 und dem Stab 2 gasdicht bei Temperaturen sein, die zwischen der Raumtemperatur und vielleicht Hunderten von Celsiusgraden schwanken. Es hat sich gezeigt, daß eine hartgelötete Platmverbindung dieser Anforderung genügt und dabei mechanisch stark genug ist, den Drücken von vielen Atmosphären zu widerstehen. Diese Lötverbindung ist an der Stelle 12 in Fig. 1 und 2 zwischen der 'Molybdänscheibe 4 und dem Wolframstab 2 vorgesehen.

Bei der Herstellung der Verbindung zwischen 9<> dem Stab 2 und der Scheibe 4 wird der Stab 2 am einen Ende in einer evakuierten Hartglasflasche abgestützt. Die gelochte Scheibe 4 wird an dem Stab 2 so angeordnet, daß die durch den gewellten Balgen'6 gebildete Höhlung sich nach oben gegen den kurzen Endteil des Stabes 2 hin öffnet und ungefähr 25 mm von der Stirnfläche dieses Stabteiles entfernt ist. Nunmehr läßt man einen einzelnen Platindrahtring über dieses Ende des Stabes 2 und in die Höhlung des Balgens 6 fallen. Hierauf wird die Flasche i°° evakuiert, und der Stab, die Scheibe und der Platinring werden durch einen Hochf requenzstrom gerade bis unter die Schmelztemperatur des'Platins erhitzt. Diese Erhitzung wird fortgesetzt, bis alle Gase aus diesen Metallteilen ausgetrieben und reine metallische Oberflächen erzielt sind. Die elektrische Energiezufuhr wird dann erhöht, um die Metallteile auf eine Temperatur zu erhitzen, bei welcher das Platin die Scheibe und den Stab benetzt und sich eine Legierung von Wolfram, Molybdän und Platin bildet, welche eine vollkommene hermetische Lötverbindung zwischen dem Stab 2 und der Scheibe 4 ergibt. Man kann auch eine ganze Scheibe aus Platin benutzen, wenn mit deren entgegengesetzten Seiten zwei Stäbe verbunden werden. Man "5 kann zu diesem Zweck dünne Platinscheiben zwischen die Enden der Stäbe und die Molybdänscheibe einfügen und dann die Lötverbindung· in der angegebenen Weise herstellen.

Wenn man als Einschmelzglied eine den Stab ^ia° umgebende fingerhutförmige Molybdänhülse an Stelle der Scheibe 4 verwendet, wird das Platin innerhalb dieser Hülse vorgesehen, welche mit nach oben gerichteter öffnung am Wolframsrtab angeordnet wird, und^: zur Erzielung der Lötverbindung ^ia5 zwischen der Molybdänhülse und dem Wolframstab

werden die gleichen Verfahrensschritte wie bei der Molybdänscheibe durchgeführt. Dabei ist die Hülse wie die Scheil>e so ausgerichtet, daß ihre Höhlung sich von der Lampenhülle aus nach auswärts öffnet, um die Mindestmenge von Lötmetall innerhalb der Lampenhülle preiszugeben.

Nachdem die Scheibe 4 hermetisch mit dem Stab 2 verbunden ist, wird die zugespitzte Einschmelzkante 5 der Scheibe 4 durch elektrolytische Ätzung des Scheibenrandes gebildet. Hierfür genügt eine 3°/oige Lösung von Kaliumhydroxyd' (KOH) und ein Wechselstrom von etwa 0,45 Ampere auf den Quadratzentimeter des eingetauchten Teiles der Scheil)enol)erfläche. Die Scheibe ist dabei als die eine Elektrode geschaltet und wird um ihre Achse gedreht, und ihr Randteil taucht eine geeignete Strecke in den Elektrolyten ein. Die andere Elektrode des Bades kann durch einen halbkreisförmigen Molybdänstreifen von etwa 40 mm Durchmesser geao bildet stein.

Der gewellte Balgen 6 der Scheibe 4 wird geformt, bevor dieser mit dem Stab 2 vereinigt wird. Zur Bildung des gewellten Balgens 6 der Scheil>e 4 kann die Vorrichtung nach Fig. 3 und 4 benutzt werden, welche aus zwei Stahlplatten 13 und 14 besteht, zwischen welche die Scheibe 4 ge legt wird und die durch Klammern 18 und 19 zusammengehalten sind. Die obere Platte 13 hat eine Bohrung 15, durch welche ein Kolben 16 gegen eine in sie eingelegte Hartstahlkugel 17 gedrückt werden kann. Die untere Kante 20 der Bohrung 15 ist nach außen geweitet, so daß ein ringförmiger Teil der Scheibe 4 nach oben geschoben wird, wenn die Kugel 17 durch den Kolben 16 gegen den Mittelpunkt der Scheibe 4 gepreßt wird. Dadurch entsteht die ringförmige Wellung 6, wie Fig. 4 zeigt. Diese ringförmige Wellung 6 kann in ihrer Höhe vergrößert werden, indem man dünne Folien von weicherem Werkstoff, wie z. B. Nickel oder Messing, zwischen die Molybdänscheibe 4 und die untere Platte 14 einbringt. Dieser weichere Werkstoff wird zusammen mit der Scheibe 4 durch die Kugel 17 von der den Punkt höchsten Druckes darstellenden Scheil>enmitte aus nach außen in die die Kugel umgebende Zone gepreßt oder gequetscht und steigert noch weiter den natürlichen Grad der eintretenden Wellung der Scheibe 4. Nach dieser Verformung der Scheibe 4 wird ein Loch in der Scheibenmitte für die Durchführung des· Stabes 2 ausgestanzt.

Die Schalen 7 und 8, welche an den einander gegenül>erliegenden Seiten der Scheibe 4 anliegen, können in der gleichen Weise erzeugt werden, indem eine Stahlkugel von geeignetem Durchmesser in eine Molybdänfolie gepreßt und diese dadurch zu einer Schale geformt wird, worauf ein Loch in der Mitte des Boden* der Kappe für das Aufschieben auf den Stab 2 gestochen wird.

Bei der Herstellung der Einschmelzung werden die Schalen 7 und 8 an dem Stab 2 und auch an der gemäß Fig. 1 und 2 mit dem Stab verlöteten Scheibe 4 in Lage gebracht. Die von den Schalen 7 und 8 aus sich nach der einen und der anderen Seite nach auswärts erstreckenden Teile des Stabes 2 werden dann mit der Molybdänfolie 3 umwickelt. Das ganze Gebilde wird nunmehr (vgl. Fig. 2) in zwei Quarzröhren 21 und 22 eingeführt, welche sich über die Stabenden hinaus erstrecken und von denen jeder in eine Ausweitung 23 und' 24 am einen Ende übergeht. Eine dieser Ausweitungen, z. B. die Verbreiterung 23, weist einen· an ihre Stirnfläche angeschmolzenen Quarzring 25 auf, der an der anderen Ausweitung 24 anliegt, um die beiden Ausweitungen 23 und 24 in Abstand voneinander zu halten und als Widerstand das Entweichen von Gas aus der durch die beiden Röhren 21 und 22 in der Stellung nach Fig. 2 gebildeten Kammer zu verlangsamen.

Bei dieser Lage der Röhren 21, 22 wird in die von ihnen und dem Ring 25 begrenzte Kammer inaktives Gas, wie z. B. Stickstoff, bei schwachem Druck durch die Enden der beiden Röhren 21 und 22 eingedrückt und entweicht durch den Spalt zwischen dem Ring 25 und der nicht mit ihm verschmolzenen Ausweitung 24 unter Mitführung der in den Röhren vorhandenen Luft. Der Ring 25 wird dann auch an die Ausweitung 24 angeschmolzen, um die Röhren innig miteinander zu verbinden, und dabei ist Sorge zu tragen, daß ein Anschmelzen des Quarzes an die Einschmelzkante 5 der Scheibe 4 9» vermieden wird. Das ganze Gebilde wird dann auf Raumtemperatur abgekühlt, und die dfurch die Röhren gebildete Kammer wird durch Zuschmelzen ihres einen Endes und durch Anschließen des anderen Endes an eine Hochvakuumpumpe evakuiert. Während der Entlüftung werden die Metallteile durch Hochfrequenzstrom auf eine erhöhte Temperatur erhitzt, um alles Oxyd zu entfernen, und flüssige Luft wird zum Auffangen der sämtlichen zurückbleibenden Dämpfe verwendet. Das ganze Gebilde wird dann von der Vakuumpumpe abgenommen und' in eine Glasdrehbank gebracht.

Während dieses Gesamtgebilde in der Glasdrehbank umläuft, wird der Quarz an beiden¹ Seiten der Einschmelzkante 5 der Scheibe 4 durch Gasflammen auf seinen Erweichungspunkt erhitzt, bis er in sich zusammenfällt und mit den beiden Seiten der Scheibenkante 5 unter gleichzeitiger Vermeidung einer Formänderung dieser Kante 5 verschmilzt. Dadurch entsteht eine gasdichte Verbindung zwisehen dem Quarz und dem eine federnde Einschmelzkante 5 bildenden Scheibenrand, und die Röhren 21 und 22 werden zu dem röhrenförmigen Stiel ι vereinigt. Der Quarz, welcher die von der Folie 3 bedeckten Teile des Stabes 2 umgibt, wird dann auf seine Erweichungstemperatur erhitzt, so daß er auf der Folie 3 zum Zusammenfallen kommt. Nach der Abkühlung auf Raumtemperatur wird der Stiel ι durch öffnung des einen Endes der in der Stielröhre vorhandenen Kammer nach der Attno- lao sphäre und durch Entfernung des Überschusses an Quarz zur Offenlegung der Enden des Stabes 2 vervollständigt. Die Ausweitung 10 für das Anschmelzen des Stieles 1 an die z. B. kugelige Lampenhülle erzeugt man durch Blasen einer 1*5 Ausbauchung in der Röhre 21 vor der Zusammen-

tügung der Teile und durch Wegschneiden der äußeren Hälfte der Ausbauchung zur Freigabe des Stabes 2 bei der Fertigstellung des Stieles i. Die Elektrode g wird dann an dem freigelegten Ende des Stabes 2 angebracht, und der Stiel ι ist nunmehr fertig für den in üblicher Weise durchzuführenden Anschluß an das Quarzgefäß einer elektrischen Entladungseinrichtung.

Eine günstige Ausführungsform des Einschmelzstieles nach der Erfindung, die beste Ergebnisse liefert, ergibt sich durch Verwendung eines Wolframstabes 2 von 3,1 mm Durchmesser und von 133 mm Länge, einer Folie 3 von etwa 0,015 ^mm Dicke, zweier Molybdänschalen 7 und 8 von je 0,07 mm Dicke und einer gelochten Molybdänscheibe 4 von 19 mm Durchmesser und von 0,09 mm Dicke an ihrem Mittelteil, die durch elektrolytische Ätzung von einer im radialen Abstand¹ von etwa 4,7 mm von der Außenkante vorhandenen Dicke von nicht mehr als. 0,025 ^mm ^ab sich zur Bildung des Einschmelzrandes 5 nach außen im Querschnitt verjüngt. Die Folie 3 ist dabei durch Punktschweißung mit dem Stab 2 längs eines ihrer Ränder verbunden und die angeschweißte Kante durch

as das lose Ende der Folie bedeckt. Die den röhrenförmigen Stiel ι bildende Quarzröhre hat eine Bohrung von ungefähr 3,5 bis 4,0 mm Durchmesser und eine Wandstärke von 4 bis 5 mm. Der Quarzring 25 hat eine Dicke von 1,5 mm und einen inneren Durchmesser von 22,2 mm. Der für die Verlötung dienende Platinring ist aus einem Draht mit einem Durchmesser von 0,06 mm gebildet.

Zur Erzeugung der Ausweitungen 23 und 24 an den> Röhren 21 und 22 geht man vorzugsweise so vor, daß man zuerst eine Ausbauchung an einer einzigen Quarzröhre bildet und in der Achsrichtung der Röhre zusammendrückt. Die Ausbauchung wird dann durch eine Schmirgelscheibe an ihrem weitesten Durchmesser gehälftet, um die beiden Röhrenausweitungen 21 und 22 von; einer einzigen. Röhre aus zu bilden. An Stelle von Platin kann Palladium als Lötstoff zur Erzielung der Verbindung 12 benutzt werden. ι

Claims

Patentansprüche: 4S

1. Einschmelzstiel für elektrische Hochdruckentladungsvorrichtungen, der aus einer stiel- · artigen Röhre, einem durch diese hindurchgehenden Wolframstab und einer mit dieser Röhre und dessen Stab verbundenen Scheibe besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Wolframstab (2) und die Molybdänscheibe (4) hermetisch mit Platin oder Palladium (12) verlötet sind, das eine Legierung mit den Metallen des Stabes und der Scheibe bildet.

2. Einschmelzstiel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Molybdänscheibe (4) mit einer mittleren öffnung versehen ist, deren Durchmesser dem Durchmesser des die Scheibe durchsetzenden und . damit verschmolzenen Wolframstabes (2) gleich ist, während¹ der äußere Rand der Scheibe (4) in an sich bekannter Weise eine federnde Einschmelzkante (5) bildet, die hermetisch in die Stielröhre (1) eingebettet ist.

3. Einschmelzstiel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Molybdänscheibe

: (4) einen gewellten balgenartigen Teil (6) hat, der konzentrisch zum Stab (2) in einer Kammer angeordnet ist, die durch an entgegengesetzten Seitern der Scheibe (4) vorgesehene Metallschalen (7, 8) gebildet ist.

4. Verfahren zur Herstellung eines Einschmelzstieles mit einem Wolf ramstab und eimer Molybdänscheibe nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß man mit Platin oder Palladium eine Lötverbindung zwischen dem Wolframstab und dem Molybdänteil in einer nichtoxydierenden Atmosphäre,herstellt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Q 5137 4.52