DE2340859B2

DE2340859B2 -

Info

Publication number: DE2340859B2
Application number: DE2340859A
Authority: DE
Inventors: Maurice George London Clarke
Original assignee: Thorn Electrical Industries Ltd
Current assignee: EMI Group Ltd
Priority date: 1972-08-11
Filing date: 1973-08-13
Publication date: 1979-08-30
Also published as: ATA705873A; DE2340859A1; JPS4992880A; CA981739A; NL7311110A; ATA705773A; GB1419099A; AT346417B; AT343757B; US3913999A; HU174990B

Description

Die Erfindung !.-",trifft ein Verfahren zum Dosieren eines Füllstoffes, Getters oder dgl. in einem Kolben, insbesondere Lampenkolben, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere be5chäftigt sich die Erfindung mit der Art und Weise, wie -wuchtige und/oder gasförmige Bestandteile bei der Herstellung von Lampen, Röhren und dgl. in einen Kolben eingeführt werden können.

Aus der DE-AS 1170 561 ist es bekannt, zum Einbringen eines Dosierstoffs in den Kolben eines Vakuumgefäßes diesen Dosierstoff zunächst in eine Kapsel einzubringen, diese Kapsel hermetisch zu verschließen und sie anschließend in den Kolben des Vakuumgefäßes zu tun. Das öffnen der Kapsel zwecks Freigabe des Dosierstoffs erfolgt von außerhalb des Kolbens durch Hitzeeinwirkung, wodurch die Metallhaut der Kapsel schmilzt Daran ist nachteilig, daß die schmelzende Metallhaut den Dosierstoff, insbesondere wenn dieser als Pulvermasse vorliegt, verderben kann, wenn nicht, wie in der DE-AS vorgeschlagen, ein komplizierter und aufwendiger Aufbau der Kapselwandung vorgesehen wird.

Nach der US-PS 33 00037 wird der Dosierstoff ebenfalls in einer Kapsel eingeschlossen in den Kolben eingebracht Die Kapsel besteht hier aus relativ ungewöhnlichen Metallen, wobei in einem bestimmten Kapselbereich dieses Kapselmetall zur Bildung einer eutektischen Legierung mit einem anderen Metall legiert ist In diesem Kapselbereich hat damit das Kapselmetall seinen niedrigsten Schmelzpunkt, so daß bei einer Induktionsbeheizung die Kapsel in diesem Bereich aufschmilzt Dieses Verfahren erfordert äußerst schwierig herzustellende Kapseln, so daß es für eine Massenfertigung wenig geeignet ist

Die Anwendung der Lasertechnik bei der Lampenherstellung, jedoch nicht zum Aufbrechen von Dosierstoff-Kapseln, ist aus »IBM-Technical disclosure Bulletin« Band 9 Nr. 10, März 1967, Seite 1365, bekannt. Ein Laserstrahl wird nach der dort gegebenen Lehre zum Verdampfen eines Gettermaterials eingesetzt

Schließlich ist es aus dem Aufsatz »Praktische Anwendungen der Lasertechnik« in »Industrie-Elektrik -ι- Elektronik« Band 15, Nr. 7, Juli 1970, insbesondere Seite 164, bekannt, Laserstrahlen in der Materialbearbeitung einzusetzen. U.a. ist das Herstellen von Durchbrüchen in Metallen, Hartmetallen, usw, beschrieben. Auch das Verschweißen von sogar hinter Glas

ίο liegenden Teilen ist erwähnt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Dosieren eines Füllstoffes, Getters oder dgl. in einem Kolben, insbesondere Lampenkolben, zu schaffen, das einfach in der Handhabung und damit für dL- Massenfertigung geeignet ist und ein Einbringen des Dosierstoffs in den Kolben in genau bestimmter Menge ohne schädliche Nebenwirkungen gestattet

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung mit einem Verfahren gemäß dem kennzeichnenden Teil des

Anspruchs 1 gelöst

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können in die Kapsel eine oder mehrere Öffnungen bestimmten Durchmessers eingebrannt werden. Damit ist eine genau dosierte Freigabe des Dosierstoffes aus der Kapsel möglich. Weder im Aufbau der Kapsel noch in der Art des Füllstoffes ist man irgendwelchen Beschränkungen unterworfen. So kann die Kapsel in einfacher Weise aus einem Metallrohrstückchen gebildet werden, was eine sehr einfache Massenfertigung

μ ergibt Die Wandstärke des Metallröhrchens kann genügend groß sein, um auch Dosierstoffe unter Druck zu aufbewahren zu können.

Beispielsweise kann das Verfahren zur Herstellung von Wolframhalogen-Glühlampen verwendet werden.

S5 In diesem Fall ist der Dosierstoff in der Kapsel ein flüchtiges Halogenid oder Halogen. Bei der Herstellung einer Leuchtstofflampe enthält die Kapsel normalerweise Quecksilber allein, während bei der Herstellung anderer Formen von Entladungslampen die Kapsel beispielsweise Quecksilber oder Natrium zusammen mit zusätzlichen Stoffen enthält, die einverleibt werden, um bestimmte Entladungseigenschaften sicherzustellen. Es ist bei der Herstellung einer Leuchtstofflampe wichtig, einen Bereich ihres Kolbens frei von Leuchtstoffen zu

<"» halten, damit dieser Bereich für den Laserstrahl transparent ist

Die Kapseln können aus irgendeinem Material herstellt werden, das durch die intensive Erhitzung, welche durch den fokussieren Laserstrahl entwickelt

~.o wird, durchlöchert werden kann. Wird ein Laserstrahlimpuls von etwa 1 Millisekunde Dauer und einer Energie von etwa 10 Joules bei einer Wellenlänge von 1,06 Mikron auf einen Fleck von einem Durchmesser von etwa 1/2 mm fokussiert, so kann dieser Kapseln aus

w Metall und sogar aus Glas oder Siliziumdioxid durchlöchern, ohne jedoch den Kolben zu beschädigen, vorausgesetzt, daß der Laserstrahl im Bereich der Kolbenwand so konvergent ist, daß er eine Fläche des Kolbens von etwa 10 qmm oder mehr überdeckt

bo Vorteilhaft kann das beim Durchlöchern der Kapsel verdampfte Material zum Gettern herangezogen werden, wenn die Kapsel aus einem solchen Gettermaterial hergestellt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfol-

"^r> gend anhand der Zeichnung näher beschrieben, die im Schnitt einen Endteil einer Endladungslampe zeigt

Bei der in der Zeichnung dargestellten Lampe 10 handelt es sich um eine Leuchtstofflampe mit einem

Glasrohrkolben 11, von dem der Hauptteil der Innenfläche mit einem Leuchtstoffüberzug 12 versehen ist Der Oberzug wird in an sich bekannter Weise aufgebracht, wobei der äußerste Endbereich des Kolbens 11 von dem Überzug 12 freigehalten wird. Ein nach innen vorstehender Hals 14 ist mit dem Ende des Kolbens 12 verschmolzen. In diesem Hals 14 sind zwei Elektrodenzuleitungsdrähte 16 eingeschmolzen. Die Elektrodendrähte 16 tragen einen Elektrodenheiztaden 17 an ihren inneren Enden. Schließlich enthält der Hals 14 ein Pumpröhrchen 18, das während der Herstellung der Lampe verwendet wird und das durch den Hals abgeschmolzen wird.

Bei der Herstellung der Lampe 10 wird zuerst ein Elektrodenfuß dadurch gebildet, daß die Glühfadenzuleitungsdrähte 16 in den Hais 14 zusammen mit dem Pumpenröhrchen 18 eingeschmolzen werden, welches in dieser Fertigungsstufe an beiden Enden offen ist Eine abgedichtete Kapsel 20, die ein Quecksilberkügelchen 21 enthält, wird an einem der Zuleitungsdrähte 16 des Elektrodenfußes durch einen mit dem Draht 16 verschweißten Abzweigdraht 22 befestigt Der Abzweigdraht 22 kann dicht um die Kapsel 20 herumgewickelt werden.

Sodann wird der Elektrodenfuß in das eine Ende des ieuchtstof!beschichteten Kolbens 11 eingesetzt und eingeschmolzen. Ein ähnlicher Elektrodenfuß wird am anderen Ende des Kolbens 11 eingeschmolzen, so daß ein abgeschmolzener Verschluß erhalten wird. Dieser Elektrodenfuß unterscheidet sich aber von dem dargestellten Elektrodenfuß insofern, als keine Notwendigkeit besteht, eine weitere abgedichtete Kapsel 20 und ein Pumpröhrchen 18 einzuschließen.

Als nächstes wird das Pumpröhrchen 18 an eine Abzugs- und Gasfüllungsmaschine angeschlossen, welehe den Kolben 11 auspumpt und diesen anschließend mit einer Gasfüllung aus Argon bis zu einem geeigneten Druck füllt Hierauf wird das Pumpröhrchen 18 abgeschmolzen.

Nach dem Abschmelzen besteht die nächste Verfah- ao rensstufe darin, daß das Quecksilber 21 innerhalb der Kapsel 20 freigesetzt wird. Für diesen Zweck wird ein Strahl 25 aus einem Lasergerät durch den transparenten Endbereich 13 des Kolbens 11 gerichtet und auf die Kapsel 20 fokussiert Durch die hierdurch bewirkte intensive Erhitzung derselben wird die Kapsel 20 durchlöchert Es muß dabei darauf geachtet werden, daß der Strahl 25 nicht auf den Endbereich 13 sondern auf die Kapsel fokussiert wird, da sonst bereits der Endbereich 13 des Kolbens 11 stark erhitzt und dadurch so beschädigt wird.

Die Kapstl 20 muß so gebaut werden, daß sie den Behandlungsbedingungen, die für die Herstellung der Lampe notwendig sind, standhalten. Im besonderen muß sie den Temperaturen standhalten, die beim Abschmelzen und bei einem nachfolgenden Erhitzen zum Entgasen beim Absaugen auftreten.

Ein verhältnismäßig weiches Material, wie Aluminium, kann aus nachfolgend beschriebenen Gründen bevorzugt werden, jedoch kann eine verhältnismäßig &o große Kapsel notwendig werden, so daß durch die ßehandlungstemperatur die Kapsel infolge des hohen inneren Quecksilberdampfdrucks nicht zum Platzen gebracht wird. Gegebenenfalls kann eine Eisen- oder Stahlkapsel verwendet werden, da sie einem höheren Innendruck standhält

Die Kapsel 20 kann wie /olgt hergestellt werden. Ein langes schmales dünnwandiges Aluminiutnröhrchen wird an dem einen Ende durch Walzen zwischen zwei Hartstahlwalzen geschlossen, die beispielsweise einen Durchmesser von 4 bis 6 mm haben können. Durch das Walzen erfolgt eine Kaltschweißung des Aluminiums, wodurch das geschlossene Ende wirksam abgedichtet wird. Das Röhrchen wird dann vertikal mit dem geschlossenen Ende nach unten gelagert und die für eine Lampe erforderliche Quecksilbermenge in das Röhrchen eingefüllt Die Größe des Röhrchens soll das Zweibis Dreifache des Durchmessers des Quecksilberkügelchens betragen, um sicherzustellen, daß das Quecksilber frei auf den Boden des Röhrchens fällt Das Einführen des Quecksilbers kann, falls bevorzugt, mit Hilfe einer Kanüle erfolgen. Sodann wird das Röhrchen ausgepumpt und, wenn gewünscht, mit Gas, z. B. mit Argon oder einem die Entladungszündung fördernden Gas, gefüllt Hierauf wird das Röhrchen wieder zwischen den Walzen gewalzt, um das Röhrchen kaltzuschweißen und abzudichten, wodurch die abgedichtete Kapsel 20 erhalten wird.

Die Walzendstufe kann so vorgesehen werden, daß die abgedichtete Kapsel von dem übrigen Röhrchen abgetrennt wird. Die übrige Rohrlänge ist dann bereits an ihrem unteren Ende in Bereitschaft zur Herstellung einer nachfolgenden Kapsel verschlossen. Dieser Vorgang ist mit beträchtlicher Geschwindigkeit wiederholbar. Das Einführen von Quecksilber kann, falls erforderlich, durch abwechselndes Auspumpen und unter Druck setzten des Röhrchens beschleunigt werden.

Die Verwendung von Aluminium als Kapselmaterial hat verschiedene Vorteile, zu denen seine Billigkeit Leichtigkeit und Verformbarkeit sowie die Leichtigkeit, mit der es kaltgeschweißt werden kann und sein relativ niedriger Schmelzpunkt gehören. Aluminium besitzt ferner die wertvolle Eigenschaft daß es als wirksamer Getter wirken kann.

Dies ist dadurch bedingt daß Aluminium sich mit dem restlichen Sauerstoff im abgeschmolzenen Kolben 11 unter Bildung eines sehr stabilen Oxids verbinden kann. Wem· der Laserstrahl auf die Kapsel 20 fokussiert wird, läßt sich feststellen, daß das verdampfte Aluminium vorwiegend längs des Laserstrahls zurück, d.h. zur Strahlquelle wandert Auf dieser Innenfläche des Kolbens 11 schlägt sich daher ein dünner Getterfilm aus Aluminium, hauptsächlich im Endbereich 13, nieder. Der Bereich des Films kann dadurch gesteuert werden, daß die Größe und Intensität des fokussierten Strahlungsfleckes verändert wird. Eine weitere Getterwirkung kann während des Gebrauchs auftreten, da Aluminium in Gegenwert einer Bogenentladung die Neigung zum »Zerstäuben« hat

Die Getterwirkung kann noch dadurch gesteigert werden, daß ein Stück Gettermaterial in der Kapsel 20 eingeschlossen wird. Für eine Leuchtstofflampe oder eine Quecksilberdampflampe ist es vorzuziehen, ein Gettermetall zu verwenden, das mit Quecksilber ein Amalgam bildet Anfänglich wird in der Kapsel ein Überschuß an Quecksilber vorgesehen. Das zerstäubte Metall und des in der Kapsel nach der Durchlöcherung verbleibende Metall regelt dann in an sich bekannter Weise den Quecksilberdampfdruck innerhalb der Entladungslampe 10 und damit deren Betriebstemperatur.

Aluminium wirkt fU* sich selbst als hochwirksames Getter in Gegenwart von Quecksilber, so daß die Kombination dieser beiden Metalle bei der Anwendung der Erfindung auf die Herstellung von Leuchtstofflam-

pen, Quecksilberdampflampen, vorteilhaft ist. Bei Natriumdampflampen wird Quecksilber oft als Puffer zugesetzt, um die gewünschten elektrischen Eigenschaften zu erzielen. Wenn das Kapselaluminium mit Quecksilber benetzt wird, erfahrt das Aluminium eine gewisse Auflösung. Das gelöste Aluminium kann dann an der Quecksilberoberfläche oxydiert werden. Die erhaltene Oxidschicht ist kein zäher selbstdichtender Schutzfilm im Gegensatz zu dem Film, der sich auf festem Aluminium bildet.

Die Getterwirkung kann daher andauern, bis der ganze zur Verfügung stehende Sauerstoff in stabiles Oxid umgewandelt ist. Die Getterwirkung kann durch Erhitzen der abgedichteten Kapsel auf etwa 250° C eingeleitet und gefördert werden. Auf diese Weise kann in unerwünschter Weise und unvermeidbar in den abgedichteten Kapseln verbliebener Sauerstoff vor dem

Einbau !Π d?n L-amnenkcAhpn iinsrhärilirh gemacht

werden.

Das Aluminium/Quecksilber-Amalgam ist ein besonders wirksames Getter. Bei Versuchen hat es sich als möglich erwiesen, praktisch allen freien Sauerstoff aus der abgedichteten Kapsel, die anfänglich Luft vom

Normzustand enthält, durch Glühen der Kapsel eine Stunde lang bei 25O⁰C zu entfernen. Normalerweise

wird natürlich eine abzudichtende Kapsel ausgepumpt oder mit einem inerten Gas statt mit Luft gefüllt

Im Ausführungsbeispiel ist die abgedichtete Kapsel 20

an einem der Zuleitungsdrähte 16 angeordnet. Die Kapsel könnte stattdessen auch innerhalb eines Stengelansatzes angeordnet werden, der in das Innsere des Kolbens mündet. Der Stengelansatz kann ein Seitenarm oder ein geeignet bemessenes Pumpröhrchen sein, der in dieser Fertigungsstufe einen Teil des Kolbens bildet Nach dem Freisetzen seines Inhalts in den Kolben kann der Stengelansatz mit einer Ab- «rhmpj»«pit»p vprsphpn iinrl HaHiirrh vnm Knlhpn zusammen mit der verbrauchten Kapsel gelöst werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Dosieren eines Füllstoffes, Getters oder dgl. in einem Kolben, insbesondere Lampenkolben, durch Einführen des Dosierstoffs in eine Kapsel, Verschließen der Kapsel und Anordnen der Kapsel innerhalb des Kolbens, wonach der Kolben verschlossen und die Kapsel mittels einer von außerhalb des Kolbens auf sie einwirkenden Strahlung zwecks Freigabe des Dosierstoffs geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahl (25) aus einem Lasergerät durch die Kolbenwand (13) auf die Kapsel (20) fokussiert wird, um diese zu durchlöchern, wobei der Strahl (25) im Bereich der Kolbenwand (13) so konvergent ist, daß er den Kolben (11) nicht beschädigt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Dosierstoff (21) in einer Aluminium-, Eisen- oder Stahlkapsel (20) eingeschlossen wird. · ■

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 in Anwendung bei der Herstellung einer Dampfentladungslampe, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kapsel (20) als Dosierstoff (21) Quecksilber eingeführt und die Kapsel (20) aus Aluminium gebildet wird.