DE2314886A1

DE2314886A1 - Glas-metalldichtung

Info

Publication number: DE2314886A1
Application number: DE19732314886
Authority: DE
Inventors: Allen Richard Edward; Frazier John Frederick; William Charles Smith; Aaron Spencer Taylor
Original assignee: Corning Glass Works
Current assignee: Corning Glass Works
Priority date: 1972-03-29
Filing date: 1973-03-26
Publication date: 1973-10-18
Also published as: NL7304319A; FR2178037B3; GB1392672A; FR2178037A1; JPS499522A; IT981663B

Description

Anmelderin: Corning Glass Works
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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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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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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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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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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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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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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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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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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Claims

- ίο - ■■ Pat ent anspräche

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.

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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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