DE10257477B4 - Blitzlampe bildender Verbundkörper und Verfahren zum Herstellen eines eine Blitzlampe bildenden Verbundkörpers - Google Patents
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Abstract
Verbundkörper mit einem ersten Nutzteil (15) aus Glas und einer mechanischen Verbindung (20),
wobei der Verbundkörper eine Blitzlampe ist und wobei das erste Nutzteil ein Glasrohr ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Verbindung (20)
• unmittelbar an die Innenwand des Glasrohrs angeschmolzen ist,
• mindestens 99 Gew.-% Aluminium aufweist, und
• eine Öffnung an einem Ende des Glasrohrs verschließt.
wobei der Verbundkörper eine Blitzlampe ist und wobei das erste Nutzteil ein Glasrohr ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Verbindung (20)
• unmittelbar an die Innenwand des Glasrohrs angeschmolzen ist,
• mindestens 99 Gew.-% Aluminium aufweist, und
• eine Öffnung an einem Ende des Glasrohrs verschließt.
Description
- Die Erfindung betrifft einen eine Blitzlampe bildenden Verbundkörper sowie ein Verfahren zum Herstellen eines eine Blitzlampe bildenden Verbundkörpers gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
-
1 zeigt verschiedene bekannte Verbundkörper und implizit deren Herstellungsverfahren.1a zeigt die vakuumdichte Durchführung eines Drahts10 durch eine Glaswand15 . Hier wird der Draht vorbeglast, angedeutet durch die gestrichelte Kontur16 . Danach wird er in ein Glasrohrende (1a ) oder in eine Glasplatte (1b ) eingeschmolzen. Glas und Metall werden dabei so gewählt, daß sie einen möglichst ähnlichen Verlauf ihres thermischen Ausdehnungskoeffizienten vom Schmelzpunkt bis hin zur Abkühlung haben (”Vollanpassung”). Wenn jedoch diese Vollanpassung nicht möglich ist, können Spannungsrisse im Glas oder eine Ablösung des Drahts vom Glas auftreten. Wenn für eine direkte Einschmelzung des Metalls in das Glas die Fehlanpassung zwischen beiden zu groß ist, kann, wie in1c gezeigt, die Spannung stufenweise durch Zwischengläser17a bis17c und/oder durch eine Kuppelgeometrie17d aufgefangen werden. -
1d zeigt die sogenannte ”Schneidanglasung”,1e die ”Folienquetschung”. Hier ist jeweils der Metallpartner11 ,13 so dünn, daß er die gegebenenfalls auftre tenden Verformungen auffangen kann, so daß keine gefährlichen Spannungen im Glas auftreten. -
1f zeigt das Prinzip der ”Druckanglasung”. Draht10 und Metallplatte12 haben einen etwas höheren Ausdehnungskoeffizienten als das Einschmelzglas15 . Im Glasteil15 treten jedoch keine Spannungsrisse auf, weil nach dem Einschmelzen das Metall12 auf das Glas15 aufschrumpft und dadurch eine Druckspannung erzeugt. -
1g zeigt eine Ausführungsform, bei der eine metallische Kappe11 mittels eines Epoxyklebers18 auf ein Glasrohr15 aufgeklebt ist. -
1h zeigt die Verbindung zweier Glasteile15 ,14 mittels Indium19 . - Die in
1 gezeigten Verbundkörper haben einen oder mehrere der folgenden Nachteile: - – Die klassischen Einschmelzmetalle Wolfram, Molybdän, Eisen/Nickel-Legierungen, Eisen/Kobalt/Nickel-Legierungen und Kupfer-Mantel-Drähte sind relativ teuer, da sie sehr fehlerfrei gezogen und mit speziellen Oberflächenbehandlungen versehen sein müssen, damit die Haftung Glas/Metall gelingt.
- – Man ist auf Gläser angewiesen, die z. B. hinsichtlich ihrer Dehnungseigenschaften möglichst genau auf die Einschmelzmetalle angepaßt sind. Die Glaswahl ist dadurch eingeengt.
- – Die
Verwendung von Zwischengläsern
(
1c ) erfordert oft glasbläserische Handarbeit und ist ansonsten aufwendig. - – Die
Herstellung von dünnen,
tiefgezogenen Teilen (
1d ) oder die Verwendung von Stift/Folie/Stift (1e ) ist teuer. - – Indiumhaltige
Lote (
1h ) sind teuer und nicht temperaturbeständig. - – Legierungen aus Eisen/Kobalt/Nickel haben einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand.
- – Klebungen
(
1g ) sind nicht langzeitbeständig und wasserdurchlässig. - Aus der
DE 21500923 ist ein Verfahren zum Verbinden von Glas oder Keramik mit Metallen bekannt. Als Metall wird eine aluminiumhaltige Kupferlegierung mit einer aluminiumoxidhaltigen Oberflächenschicht verwendet. Nachteil dieses Ansatzes ist die geringe Duktilität und damit schlechte Temperaturwechselbeständigkeit sowie der wegen des Aluminiumoxids unzureichende Verbund zwischen Glas und Metall. - Aus der
DE 201 8752 A ist ein Verfahren zum gasdichten erbinden von Metall- und Glasflächen bekannt. Das Verfahren arbeitet in Temperaturbereichen unterhalb des Schmelzpunktes des Metalls und preßt die zu verbindenden Flächen unter hohem Druck gegeneinander. Nachteil des Verfahrens ist es, daß es zu unzureichenden Verbindungsergebnissen führt und nur bei vergleichsweise einfachen Geometrien anwendbar ist. Die Temperaturwechselbeständigkeit ist gering. - Aus der
DE 3827318 A1 ist eine Dichtung zwischen keramischen und metallischen Gegenständen bekannt. Hier wird ein Verbund-Dichtelement aus Metall mit Aluminium als Hauptbestandteil mit einem Überzug aus einem anderen Metall versehen. Das Metall wird dann mit den übrigen Komponenten in Kontakt gebracht und über den Schmelzpunkt erhitzt. Nachteil ist die umständliche Herstellung, die mangelnde Formflexibilität und die geringe Duktilität an der Grenzfläche, was zu verschlechterter Temperaturwechselbeständigkeit führt. - Die
DE 1050966 B beschreibt ein Verfahren zum vakuumdichten Verbinden von Glas- mit Glas- oder Metallteilen mit Hilfe von Aluminium. Unter hohem Druck werden die zu verbindenden Teile mit Aluminium, das nicht über den Schmelzpunkt erhitzt wird, miteinander verbunden, wobei angenommen wird, dass Aluminium in das Glas diffundiert. - Die
DE 60115354 T2 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen einer verbundenen Bauteileanordnung. Demnach werden Glas-, Metall- oder Keramikteile in einem Bad geschmolzenen Aluminiums miteinander verbunden. - Aus der
DE 20 36 201 A ist ein hermetisch dichter Anschluß bekannt. Eine Fassung aus einer Aluminiumlegierung weist eine sie durchsetzende Öffnung auf, die mit ihren Seitenwandungen einen darin eingeschmolzenen Glasisolator eng anliegend und unter Druckspannung umschließt. In den Isolator ist ein elektrischer Kontakt eingeschmolzen, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient auf denjenigen des Isolators abgestimmt ist. - Aufgabe der Erfindung ist es, einen eine Blitzlampe bildenden Verbundkörper anzugeben, der eine feste, dauerbeständige, temperaturwechselbeständige und vakuumdichte Verbindung aufweist und der preisgünstig herstellbar ist. Außerdem wird ein Herstellungsverfahren für den Verbundkörper der Blitzlampe angegeben, mit dem ein Verbundkörper mit den obigen Eigenschaften hergestellt werden kann.
- Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Abhängige Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.
- Ein Verbundkörper im Sinne der Erfindung weist ein durch ein Glasrohr gebildetes erstes Nutzteil und eine Verbindung auf. Die Verbindung ist als Pfropfen im Ende des Glasrohrs ausgebildet. Die Verbindung weist Aluminium einer Reinheit größer 99 Gew.-% auf. Die Verbindung ist an die Innenwand des Glasrohrs angeschmolzen.
- Aluminium hat sich als ein Metall herausgestellt, dessen Oxid sich in bestimmten Temperaturbereichen in Gläsern, insbesondere Silicatgläsern löst und so zu einer innigen mechanischen Verbindung führt. Diese Löslichkeit der Oxide in Silicatgläsern findet man auch für andere Metalle (Mg, Zn, Cd, In, Tl, Sn, Pb, Sb, Bi, Mn). Ihnen gegenüber hat Aluminium aber Vorteile dahingehend, daß es auch in hoher Reinheit preisgünstig ist, Elektrizität und Wärme sehr gut leitet, sehr duktil ist, besonders gut auf Silicatgläsern haftet (Weichgläser, Hartgläser wie Borosili cat und Alumosilicatgläser, Quarzglas), beim Schmelzpunkt einen sehr niedrigen Dampfdruck hat, passivierend ist, auf allen technischen Metallen gut haftet, ungiftig ist, einen günstigen Temperaturbearbeitungsbereich hat und direkt mit Weichlot benetzbar ist.
- Aus den genannten Gründen ist es wünschenswert, als Material für eine Verbindung an einem Verbundkörper Aluminium in vergleichsweise reiner Form zu verwenden, obwohl es im Vergleich zu Gläsern, insbesondere Silicatgläsern, einen vergleichsweise hohen Ausdehnungskoeffizienten hat (26·10–6/°C für Aluminium, 9·10–6/°C für Weichgläser, 4·10–6/°C für Hartgläser, 0,5·10–6/°C für Quarzglas). Es hat sich herausgestellt, daß die deutlich unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zu einem großen Teil durch die Duktilität des Aluminiums aufgefangen werden können. Die Duktilität des Aluminiums bleibt aber in der nötigen Größenordnung nur dann erhalten, wenn das Aluminium vergleichsweise rein ist, also praktisch unlegiert vorliegt, was auch das Vorsehen eines Oberflächen-Überzugs insbesondere im Zuge der Verarbeitung ausschließen kann. Der Aluminium-Anteil im Verbindungsmaterial liegt vorzugsweise über 99 Gew.-%, weiter vorzugsweise über 99,9 Gew.-%.
- Es hat sich weiter herausgestellt, daß das vorherige Vorhandensein von Aluminiumoxid auf der Oberfläche des Verbindungsmaterials vor der Verarbeitung den innig-flächigen Kontakt zwischen dem Aluminium der Verbindung
20 und dem Glas des Nutzteils15 verhindert, so daß der Verbund möglicherweise mechanisch fest und evtl. auch gasdicht (diffusionsverhindernd), aber nicht mehr zuverlässig langfristig vakuumdicht (diffusions- und druckausgleichsverhindernd) wäre. - Erfindungsgemäß wird deshalb beim Herstellungsverfahren des Verbundkörpers so vorgegangen, daß eine mögliche Aluminiumoxid-Schicht auf dem Aluminium der Verbindung
20 entfernt wird, bevor es mit dem Glas15 des Nutzteils in Verbindung gebracht wird, und dann das über den Schmelzpunkt erhitzte Aluminium der Verbindung20 mit seiner so von Oxiden gereinigten Oberfläche mit dem Glas in Verbindung gebracht wird. Dort kann das Aluminium mit den Bestandteilen des Glases reagieren, insbesondere indem SiO2 des Glases reduziert wird und der so frei werdende Sauerstoff sich mit Aluminium zu Al2O3 verbindet. Das so entstandene Oxid kann dann wie oben erwähnt in das Glas diffundieren und zum innigen Verbund beitragen. Gegebenenfalls können Prozeßparameter so eingestellt werden, daß die beschriebene Art der Oxidbildung und der Oxiddiffusion begünstigt werden. Gegebenenfalls können weitere, weiter unten beschriebene Maßnahmen getroffen werden. Insbesondere können mehrere oder alle der oben genannten Verfahrensschritte in einer Schutzgasatmosphäre oder im Vakuum erfolgen. - Bezug nehmend auf die Zeichnungen werden nachfolgend einzelne Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, es zeigen
-
1a bis1h bekannte Verbundkörper, -
2 einen Verbundkörper gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, -
3 Verbundkörper mit zwei Nutzteilen, -
4a bis4c Verbundkörper für höhere thermische Wechsellasten, -
5a bis5c Verbundkörper mit einem Hilfskörper oder einem zweiten Nutzteil, -
6 eine weitere Ausführungsform, -
7a bis7c eine Ausführungsform eines Endbereichs eines rohrförmigen Verbundkörpers, und -
8 eine Ausführungsform einer Gasentladungslampe bzw. einer Blitzlampe. -
2 zeigt eine Ausführungsform des Verbundkörpers. Der Verbundkörper weist ein erstes Nutzteil15 und eine Verbindung20 auf. Das erste Nutzteil15 ist aus Glas. Es kann sich beispielsweise um ein Glasrohr handeln. Es kann am einen (nicht gezeigten) Ende zugeschmolzen sein. Am anderen (gezeigten) Ende ist es mit der Verbindung20 verschlossen. Die Verbindung20 ist an das erste Nutzteil15 angeschmolzen. Die Verbindung weist Aluminium auf. Das Aluminium liegt in einer Reinheit vom mindestens 99 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 99,9 Gew.-%, vor. Es weist insoweit vorzugsweise keine metallischen Einlegierungen oder Beimengungen auf. Vorzugsweise weist es auch während der Verarbeitung keinen Oberflächenüberzug (z. B. zum Schutz vor Oxidation) auf. Vorzugsweise liegt die Verbindung vakuumdicht am ersten Nutzteil15 an. Das nicht gezeigte Ende des Rohrs kann ebenfalls in erfindungsgemäßer Weise ausgebildet sein. - Der Verbundkörper ist vakuumdicht. In seinem Inneren ist er unter geringem Druck mit einem Edelgas gefüllt. Das Röhrchen kann an nur einem oder an beiden Enden erfindungsgemäß ausgebildet sein.
- Typische Abmessungen für ein in
2 gezeigtes Glasröhrchen sind ein Außendurchmesser von ca. 4 mm +/– 3 mm, vorzugsweise 2,5 mm +/– 1 mm, und eine Länge von 20 bis 30 mm. Die Erstreckung der Verbindung in axialer Richtung des Röhrchens kann das 1,2-fache des Innendurchmessers +/– 40%, vorzugsweise +/– 10% betragen. - Die Verbindung
20 wird an das erste Nutzteil15 aus Glas angeschmolzen. Das Material der Verbindung20 wird hierzu wie gewünscht, mit dem ersten Nutzteil15 in Berührung gebracht und über seinen Schmelzpunkt erhitzt. Nach dem Verfließen des Materials der Verbindung und insbesondere nach seiner Anlagerung an den Wänden des Nutzteils wird die gesamte Anordnung wieder abgekühlt. - Vorzugsweise werden die Prozeßparameter so eingestellt, daß Aluminiumoxid sich bildet und in das Glas eindiffundieren kann, so daß eine innige Verbindung entsteht. Insbesondere werden die Prozeßtemperaturen so gewählt, daß das Aluminium der Verbindung
20 schmilzt, aber das Glas des ersten Nutzteils15 noch nicht erweicht. Innerhalb dieses Temperaturbereichs kann die Temperatur im Hinblick auf das verbesserte bzw. optimale Eindiffundieren des Aluminiumoxids in das Glas15 gewählt werden. - Die Verbindung
20 dient also dem Verschließen einer Öffnung des ersten Nutzteils. - Das Herstellen der Verbindung erfolgt vorzugsweise so, daß das Material der Verbindung in fester Form räumlich in den Bereich des ersten Nutzteils gebracht wird, in dem später die Verbindung gebildet werden soll. Dann wird das Verbindungsmaterial zusammen mit dem einen oder den mehreren Nutzteilen erwärmt, bis zumindest das Aluminium verflüssigt. Es geht dann die oben beschriebene innige Verbindung mit dem Glas ein. Danach wird der Verbundkörper wieder abgekühlt, so daß das Verbindungsmaterial und insbesondere das Aluminium wieder fest wird.
- Vorzugsweise wird die Verbindung im Vakuum oder unter Schutzgas hergestellt. Weiter vorzugsweise wird dafür Sorge getragen, daß das Aluminium an seiner Oberfläche in reiner Form und insbesondere gering oxidiert (weniger als 10% der natürlichen Passivierung) oder nichtoxidiert (weniger als 0,5% der natürlichen Passivierung) vorliegt, bevor die Verbindung hergestellt wird. In Anwesenheit von Sauerstoff oxidiert (passiviert) Aluminium, und die entstehende Oxidschicht kann zu dick sein, um den oben beschriebenen Diffusionsmechanismus zu erlauben. Bei reinem Aluminium an der Oberfläche des Verbindungsmaterials gelangt dieses Aluminium in flüssiger Form mit dem Glas, insbesondere Silicatglas, in Berührung, reduziert dessen Oxide und oxidiert dadurch selbst, so daß das so entstandene Aluminiumoxid dann in das Glas eindiffundieren kann.
- Sofern Schutzgas verwendet wird, kann dieses Schutzgas ein Gas sein, mit dem der entstehende Verbundkörper gefüllt werden soll. Insbesondere kann das Schutzgas Xenon aufweisen.
- Die
3 zeigt eine Ausführungsform, in der der entstehende Verbundkörper zwei Nutzteile15 und10 aufweist.15 ist das erste Nutzteil aus Glas,10 ein zweites Nutzteil, in diesem Fall aus Metall, beispielsweise ein Draht, der als Elektrode dienen kann. Prinzipiell kann für den Draht ein beliebiges Metall gewählt werden, insbesondere Kupfer.3 zeigt einen Verbundkörper, bei dem das erste Nutzteil15 ein Glasröhrchen ist (mit Dimensionen, z. B. wie oben genannt). - Die
4a bis4c zeigen Ausführungsformen für höhere thermische Wechsellasten. Sie eignen sich für thermische Wechsellasten im Gebrauch des Formkörpers bis zu 150°C. Die Ausführungsformen in4a bis4c weisen jeweils in dem Be reich, in dem das erste Nutzteil15 aus Glas die Verbindung20 berührt, eine Verstärkung und/oder verrundete Kanten15a auf. Vorzugsweise ist beim Verschluß einer Öffnung gemäß4a und4c der Durchmesser b der Kantenverstärkung größer gewählt als der Durchmesser d der zu verschließenden Öffnung.4b zeigt den Fall, daß ein metallischer Stift bzw. ein Draht ein zweites Nutzteil10 des Verbundkörpers bildet.4c zeigt eine Elektrode41 , die im Inneren des Röhrchens an die Verbindung20 angeschmolzen ist. Bei der Elektrode41 kann es sich um einen Sinterkörper handeln.42 bezeichnet ein Lot, vorzugsweise Weichlot, das die Außenseite der Verbindung20 ganz oder teilweise überdeckt. Das Weichlot kann, wie gezeigt, das Rohrende nach unten überragen. Die Verbindung kann das Rohrende nach unten überragen oder bündig damit sein oder kann, wie in1 oder4c gezeigt, dahinter zurückbleiben. -
5a bis5c zeigen Ausführungsformen, die sich für hohe thermische Wechsellasten während des Betriebs des Verbundkörpers eignen. Beispielhaft werden hier zusammen mit der wie oben beschrieben beschaffenen Verbindung20 Hilfskörper51 ,52 oder zweite Nutzteile55 zum Verschließen einer Öffnung verwendet, wobei die Hilfskörper51 ,52 bzw. das zweite Nutzteil55 einen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, der kleiner als der von Aluminium und vorzugsweise in etwa gleich dem des ersten Nutzteils15 ist (Abweichung kleiner 50%). Der Hilfskörper51 ,52 wird dann in bzw. über die zu verschließende Öffnung des ersten Nutzteils15 gelegt. Anschließend wird abermals eine Verbindung20 zwischen erstem Nutzteil15 und Hilfskörper51 ,52 bzw. zweitem Nutzteil55 hergestellt. Der Hilfskörper51 ,52 bzw. das zweite Nutzteil55 können vorab mit einem Metall56 , insbesondere Aluminium bzw. dem Verbindungsmaterial überzogen werden. Dieses Überziehen kann so erfolgen, wie das Herstellen des erfindungsgemäßen Verbunds zwischen Verbindung und Nutzteil beschrieben wurde. Der Hilfskörper51 ,52 bzw. das zweite Nutzteil55 können aus Glas bzw. aus dem gleichen Material bestehen wie das erste Nutzteil15 und können einen gleichen oder kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten als dieses haben. Selbst bei hohen Temperaturunterschieden im Betrieb ergeben sich aufgrund der vergleichsweise kleinen Abmessungen der Verbindungsquerschnitte nur geringe Spannungen, die durch die Duktilität des Aluminiums aufgefangen werden können.5b zeigt eine Ausführungsform, bei der auf der Innenseite des Hilfskörpers52 ein metallisches Bauteil53 angebracht ist. Es kann über die Verbindung20 außen kontaktiert werden, da die Verbindung20 von der Innenseite bis zur Außenseite des ersten Nutzteils reicht. -
5c zeigt eine Ausführungsform, bei der die Öffnung des ersten Nutzteils15 , hier ein Glasrohr mit vorzugsweise Dimensionen wie weiter oben erwähnt, im wesentlichen durch ein zweites Nutzteil59 eingenommen wird, das unmittelbar als Elektrode dienen kann. Das zweite Nutzteil59 kann ein metallischer Sinterkörper sein, der porös sein kann. An seiner der Rohröffnung zugewandten Seite (in5c unten) ist der Sinterkörper vollständig von Aluminium überzogen. Der Ausdehnungskoeffizient des zweiten Nutzteils59 ist kleiner als der von Aluminium. Das zweite Nutzteil59 wird von der Aluminiumschicht20 am Ende des Glasrohrs mechanisch gehalten, abgedichtet und elektrisch kontaktiert. - Vorzugsweise überragt das als Verbindung
20 dienende Aluminium die Schnittfläche des Rohrs. In5c ragt also die Verbindung20 weiter nach unten als die unterste Kante des Glasrohrs. Die Verbindung20 kann so ausgelegt sein, daß sie nicht nur die Innenwand15a des ersten Nutzteils15 abdeckt, sondern auch die Stirnfläche15b . Das Aluminium bzw. die Verbindung20 muß dabei das zweite Nutzteil59 nicht über die gesamte Erstreckung in das Rohr hinein abdecken. Die Verbindung20 kann es, ausgehend vom offenen Ende, beispielsweise um weniger als die Hälfte der Erstreckung in das Rohr hinein, vorzugsweise weniger als ein Drittel dieser Erstreckung, abdecken. - Bei dieser Ausführungsform kann die Verbindungsschicht
20 vergleichsweise dünn gewählt werden, da sie im Bereich der Öffnung des Rohrs15 lediglich die Aufgabe hat, den porösen zweiten Nutzkörper59 vakuumdicht zu verschließen. Die mechanische Stabilität des Aufbaus ist durch den stabilen zweiten Nutzkörper59 selbst gewährleistet, der im wesentlichen die Verbindungsschicht20 stützt. Die Verbindung20 kann dann auch als elektrische Kontaktierung für das zweite Nutzteil59 dienen. -
6 zeigt eine weitere Ausführungsform. Das erste Nutzteil15 ist ein Röhrchen, das an einem Ende mit der Verbindung20 verschlossen ist. Die Verbindung20 kann innen und/oder außen Materialvariationen aufweisen. Gezeigt ist eine Ausführungsform, bei der außen an der Verbindung20 eine Lotschicht71 angebracht ist. Es kann sich beispielsweise um ein Zinn-Blei-Lot handeln. Die Schicht kann nachträglich nach dem Bilden der Verbindung20 aufgebracht sein. In der Regel wird sie dann eine diskrete, unterscheidbare Schicht sein. Innen ist eine als Kathode dienende Schicht72 gezeigt. Sie kann Cäsium und/oder Barium und/oder deren Oxide aufweisen. Die Schicht72 ist nachträglich aufgebracht bzw. aufgeschmolzen und ist dann ebenfalls diskret und von der Verbindung20 unterscheidbar vorhanden. - Die Verbindung kann an der außen liegenden Seite eine metallische Beschichtung aufweisen, insbesondere mit einem oder mehreren der Elemente Zinn, Silber, Kupfer, Zink, Cadmium, Blei oder mit Legierungen eines oder mehrerer dieser Elemente. Die Beschichtung kann insbesondere vorgesehen sein, um die Außenseite weichlötfähig zu machen.
- Die
7a bis7c zeigen ebenfalls Ausführungsformen, die für hohe thermische Wechsellasten besonders geeignet sind. Der Verbundkörper ist im wesentlichen ein Glasrohr15 mit optionalen Hauptabmessungen, wie sie weiter oben genannt wurden. Die Brennlänge der Blitzlampe (Weite zwischen den Elektroden) kann im Bereich über 12, vorzugsweise über 17 mm und/oder unter 30, vorzugsweise unter 25 mm liegen. Das Glasrohr weist einen freien Bereich82 auf, in dem sich im wesentlichen die elektrisch-physikalischen Prozesse abspielen, die die Leuchtwirkung herbeiführen. Der freie Bereich82 erstreckt sich somit im wesentlichen über die Brennlänge des Glasrohrs und kann gegebenenfalls noch die Elektrodenlängen ganz oder teilweise mit einschließen. Das Glasrohr15 weist außerdem einen Verschlußbereich81 auf, in dem das Glasrohr durch die Verbindung20 vakuumdicht verschlossen ist. Wenngleich7a nur ein Ende des Glasrohrs zeigt, kann das andere Ende ebenso ausgebildet sein. - Im Verschlußbereich
81 des Glasrohrs kann zumindest bereichsweise die Querschnittsform anders als im freien Bereich82 sein. Insbesondere kann der Querschnitt flachgedrückt sein. Ein Querschnitt (gemäß7b ) kann so sein, daß eine Querschnittsabmessung DV höchstens 1 mm, vorzugsweise höchsten 0,3 mm, weiter vorzugsweise höchstens 0,1 mm, aufweist. Die Abflachung kann soweit gehen, daß die genannte Querschnittsabmessung DV nicht mehr als 30 μm oder sogar nicht mehr als 10 μm mißt. Dadurch wird das mit der Verbindung20 zu verfüllen de Volumen vergleichsweise klein, so daß auch thermische Ausdehnungen wenig spürbar sind. Das zweite Nutzteil59 kann so wie Bezug nehmend auf die4c oder5c beschrieben angebracht bzw. elektrisch angebunden werden. Das zweite Nutzteil59 befindet sich im wesentlichen im freien Bereich82 des Rohrs15 . Die Verbindung20 füllt das verbleibende Restvolumen im Verschlußbereich insbesondere bis hin zum Rohrende vorzugsweise vollständig aus, so daß die Verbindung20 auch zur elektrischen Ankopplung nach außen dienen kann. - Die Abmessung DV der Verbindung im Verschlußbereich
81 kann kleiner als 10%, vorzugsweise kleiner als 3%, weiter vorzugsweise kleiner als 1% der Querschnittsabmessung DK durch den gesamten Körper an der gleichen Stelle sein. -
7c zeigt einen weiteren Querschnitt durch den Aufbau der7a . Der Schnitt der7c läuft senkrecht durch die Zeichenebene der7a und senkrecht zum Schnitt der7b . Die Breite der Verbindung BV ist in dieser Schnittebene breiter als der Innendurchmesser DI des Rohrs15 im freien Bereich82 . Wählt man eine solche Ausführungsform zusammen mit der gemäß7a und7b , läßt sich die Verdünnung der Verbindung in einfacher Weise durch Flachdrücken des Endbereichs des Rohrs15 zusammen mit der Verbindung20 erreichen. - Ganz allgemein kann ein Verbundkörper gemäß einer der
7a bis7c durch eine mechanische Verformung des Verbundkörpers erhalten werden, nachdem die Verbindung20 eingebracht wurde. Beispielsweise kann der Aufbau bis über den Erweichungspunkt des Glases des Rohrs15 erwärmt und dann flachgedrückt werden. Man erhält dann Ausführungsformen gemäß den7b und7c . -
8 zeigt eine weitere Ausführungsform. Hier können die Verschlußbereiche81a und81b an den beiden Enden des Glasrohrs15 in gleicher Weise ausgeführt sein. Die8 zeigt eine Ausführungsform, bei der die verschlossenen Enden abgewinkelt sind. Die Längsachse93 des Glasrohrs15 schließt mit der Achse (beziehungsweise bei gekrümmten Ausführungsformen der Tangente am Ende des Rohrs)94a bzw.94b einen Winkel μ ein, der im Bereich zwischen 45 und 135°, vorzugsweise 80 bis 100°, liegen kann. μ kann im wesentlichen ein rechter Winkel sein. Der Verschlußbereich81a kann, muß aber nicht, wie anhand der7a –c beschrieben, ausgeführt sein. - Vorzugsweise verfüllt die Verbindung
20 das Rohr bis zu dessen freiem Ende (in der Figur unten), so daß sie als elektrische Verbindung dienen kann. Die Ankopplung der Elektrode im Inneren des Glasrohrs15 kann elektrisch und mechanisch so wie Bezug nehmend auf die5c beschrieben erfolgen. Die Elektroden59a und59b können als metallischer Sinterkörper (gemäß5c ) aufgebaut sein. - Die abgewinkelten Bereiche
96 haben vorzugsweise eine Querschnittsform wie in7b dargestellt, die Dimension DV liegt in der Zeichenebene der8 , die Dimension BV senkrecht zur Zeichenebene. - Die Länge der abgewinkelten Bereiche
96a und96b ist vorzugsweise so bemessen, daß der gerade Bereich97 des Rohrs15 eine Höhe H über der Leiterplatte98 hat, so daß ein Reflektor95 darunterpaßt und ggf. auch eine seitliche Erstreckung (aus der Zeicheneben heraus) haben kann. - Mit dem in
8 gezeigten Aufbau ist der als Leuchtmittel, insbesondere Gasentladungsröhre bzw. Blitzlampe, ausgebildete Verbundkörper zur direkten Montage auf einer Leiterplatte98 geeignet. Das Leuchtmittel ist damit als SMD (surface mounted device) ausgebildet. Die Stirnflächen können ähnlich wie in4c oder6 eine Lotschicht (z. B. Zinn-Blei-Lot) aufweisen. Die Abwinkelung kann erfolgen, wenn auch beispielsweise eine Querschnittsform nach7b hergestellt wird. Es kann dabei so vorgegangen werden, daß zunächst langsam eine Abwinkelung herbeigeführt und dann die Abflachung bewirkt wird. Wenn die Abflachung durch Zusammenquetschung des Rohrs15 am Ende hergestellt wird, kann es dabei Verbindungsmittel20 aus dem freien Ende herausdrücken. Dies kann abgetragen oder über die Stirnfläche des Rohrendes verteilt werden. - Die Bezug nehmend auf die
2 bis7 beschriebenen Merkmale können miteinander kombiniert werden. Die Erfindung eignet sich insbesondere für Formkörper, die Teil einer Gasentladungsröhre, einer Elektronenröhre oder eines Leuchtmittels bilden. Bei Gasentladungsröhren waren insbesondere Blitzlampen zu nennen. Es handelt sich hier in der Regel um mit einem Edelgas gefüllte Röhrchen, die vaku umdicht verschlossen sind. Sie weisen zwei Elektroden auf, die jeweils in vakuumdichter Weise die Glasgehäusewand durchdringen müssen. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß ganz allgemein die Verbindung20 insbesondere ohne ein zweites Nutzteil innen als Elektrode und/oder außen als elektrischer Anschluß dienen kann (siehe2 ,4a und andere). Die elektrische Leitfähigkeit des Aluminiums ist so groß, daß eine elektrische Verbindung mit hinreichend geringen Verlusten vom Inneren zum Äußeren über die Verbindung20 allein erfolgen kann. Zusätzliche Elektroden10 werden gegebenenfalls nach Maßgabe weiterer Gesichtspunkte gewählt.
Claims (36)
- Verbundkörper mit einem ersten Nutzteil (
15 ) aus Glas und einer mechanischen Verbindung (20 ), wobei der Verbundkörper eine Blitzlampe ist und wobei das erste Nutzteil ein Glasrohr ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (20 ) • unmittelbar an die Innenwand des Glasrohrs angeschmolzen ist, • mindestens 99 Gew.-% Aluminium aufweist, und • eine Öffnung an einem Ende des Glasrohrs verschließt. - Verbundkörper nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein zweites Nutzteil (
10 ,14 ,55 ) aus Metall oder Glas, wobei die Verbindung (20 ) die beiden Nutzteile (10 ,14 ,15 ,55 ) verbindet. - Verbundkörper nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Nutzteil (
15 ) dort, wo es die Verbindung (20 ) berührt, zumindest bereichsweise verrundete Kanten (15a ) aufweist. - Verbundkörper nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Nutzteil (
15 ) dort, wo es die Verbindung (20 ) berührt, zumindest bereichsweise Materialverstärkungen (15a ) aufweist. - Verbundkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Öffnung ein Hilfsteil (
51 ) aus einem Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten kleiner als der von Aluminium befindet, vorzugsweise Glas, das mittels der Verbindung (20 ) mit dem ersten Nutzteil (15 ) verbunden ist. - Verbundkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Öffnung ein zweites, als innere Elektrode dienendes Nutzteil (
59 ) mit einem metallischen Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten kleiner als der von Aluminium befindet, vorzugsweise ein Sinterkörper, das mittels der Verbindung (20 ) mit dem ersten Nutzteil (15 ) verbunden ist. - Verbundkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein unbedeckter Flächenteil des zweiten Nutzteils (
59 ) in das Innere des Verbundkörpers ragt, während die nach außen ragende Fläche des zweiten Nutzteils (59 ) von der Verbindung (20 ) überzogen ist. - Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Gehäuses eine Elektrode (
41 ,53 ,54 72 ) vorgesehen ist, die mit der Verbindung (20 ) elektrisch verbunden ist. - Verbundkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode von der Verbindung (
20 ) mechanisch gehalten wird. - Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Nutzteil (
10 ,14 ,55 ) ein metallischer Draht (10 ) ist, der sich vom Inneren zum Äußeren des Gehäuses erstreckt. - Verbundkörper nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas ein oxidisches Glas, insbesondere Hartglas oder Quarzglas aufweist.
- Verbundkörper nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweichungstemperatur des Glases über der Schmelztemperatur der Verbindung (
20 ) liegt. - Verbundkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Nutzteil (
10 ,14 ,55 ) ein vorzugsweise zylindrischer und zumindest teilweise mit Aluminium überzogener Glaskörper (55 ) ist, der teilweise in einer Öffnung des ersten Nutzteils (15 ) steckt und teilweise aus ihr herausragt. - Verbundkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Nutzteil (
10 ,14 ,55 ) ein metallisches Teil vorzugsweise aus Molybdän und/oder Wolfram aufweist, das im Inneren des Rohrs in der Verbindung (20 ) steckt, sowie einen Draht (10 ), der von der Außenseite her in der Verbindung (20 ) steckt. - Verbundkörper nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf die innere Oberfläche (
72 ) der Verbindung (20 ) Cäsium und/oder Barium und/oder deren Oxide aufgebracht ist. - Verbundkörper nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf die äußere Oberfläche der Verbindung (
20 ) eine Lotschicht (71 ) aufgebracht ist. - Verbundkörper nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der auf 100% fehlende Anteil der Verbindung Silizium und/oder Magnesium und/oder Mangan und/oder Calcium aufweist.
- Verbundkörper nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung an der außen liegenden Seite eine metallische Beschichtung aufweist, insbesondere mit einem oder mehreren der Elemente Zinn, Silber, Kupfer, Zink, Cadmium, Blei oder mit Legierungen dieser Elemente.
- Verbundkörper nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Glasrohr in einem Bereich (
81 ) seines Verschlusses durch die Verbindung (20 ) zumindest bereichsweise eine andere Querschnittsform hat als im freien Bereich (82 ). - Verbundkörper nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Ende des Rohrs abgewinkelt geformt ist.
- Verbundkörper nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwinkelung einen Winkel (μ) im Bereich zwischen 45° und 135°, vorzugsweise zwischen 80° und 100° einschließt.
- Verbundkörper nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (
20 ) als äußerer elektrischer, vorzugsweise lötbarer Anschluß dient. - Verbundkörper nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (
20 ) zu keinem Zeitpunkt einen dem Oxidationsschutz dienenden Überzug insbesondere aus einem andern Metall aufweist. - Verfahren zum Herstellen eines eine Blitzlampe bildenden Verbundkörpers nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, mit den Schritten Bereitstellen eines Glasrohrs, und Anbringen einer Verbindung am Glasrohr, wobei die Verbindung Aluminium enthält, dadurch gekennzeichnet, daß – die Verbindung mindestens 99 Gew.-% Aluminium aufweist und über ihren Schmelzpunkt erwärmt und unmittelbar an die Innenwand des Glasrohrs angeschmolzen wird, – die Verbindung vor dem Anschmelzen an das Glasrohr von Oxidkomponenten gereinigt wird, und – mit der Verbindung eine Öffnung an einem Ende des Glasrohrs verschlossen wird.
- Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Herstellen der Verbindung das Glasrohr dort, wo es die Verbindung berührt, zumindest bereichsweise verrundet wird, insbesondere durch Anschmelzen des Nutzteils.
- Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Anbringen der Verbindung am Glasrohr dort, wo es die Verbindung berührt, zumindest bereichsweise eine Materialverstärkung gebildet wird, insbesondere durch Anschmelzen des Nutzteils.
- Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß in der Öffnung ein Hilfsteil aus einem Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten kleiner als der von Aluminium, vorzugsweise Glas, positioniert und dann mittels der Verbindung mit dem Glasrohr verbunden wird.
- Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschmelzen der Verbindung an das Glasrohr in Abwesenheit von Sauerstoff erfolgt, vorzugsweise unter Schutzgas oder im Vakuum.
- Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß als Schutzgas ein Gas verwendet wird, mit dem der verschlossene Verbundkörper gefüllt werden soll.
- Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschmelzen der Verbindung an das Glasrohr bei einer Temperatur erfolgt, bei der die Verbindung geschmolzen ist, bei der das Glas nicht erweicht.
- Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 29 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß beim Herstellen der mechanischen Verbindung das Verbindungsmaterial und das Glasrohr gemeinsam allmählich erwärmt werden.
- Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des Glasrohrs flachgedrückt wird.
- Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß das Flachdrücken nach dem Anbringen der Verbindung erfolgt, wobei vor dem Flachdrücken das Glas über dessen Erweichungspunkt erwärmt wird.
- Verfahren nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrende abgewinkelt wird.
- Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung auf mindestens 700°C erwärmt wird, bevor sie an das Glasrohr angeschmolzen wird.
- Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung der Verbindung und deren Reinigung von Oxiden unter Schutzgas erfolgt.
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