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Dokumentenidentifikation DE19936864A1 15.02.2001
Titel Verfahren zum Einsetzen eines Pumpstengels in ein Entladungsgefäß
Anmelder Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH, 81543 München, DE
Erfinder Eberhardt, Angela, 86157 Augsburg, DE;
Seibold, Michael, Dr., 81249 München, DE;
Ilmer, Michael, Dr., 86150 Augsburg, DE;
Speer, Hermann, 89567 Sontheim, DE
DE-Anmeldedatum 05.08.1999
DE-Aktenzeichen 19936864
Offenlegungstag 15.02.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.02.2001
IPC-Hauptklasse H01J 9/26
IPC-Nebenklasse H01J 61/30   H01J 65/04   
Zusammenfassung Bei einem neuen Verfahren im Bereich der Herstellung von Entladungsgefäßen, insbesondere für stille Flachstrahler, wird ein Pumpstengel 3 zum Abpumpen und Befüllen in eine Öffnung 2 des Entladungsgefäßes eingesetzt, wobei durch ein Zwischenstück 4 in einfacher Weise eine optimale Passung und Abdichtung zwischen einem eckigen Innenquerschnitt der Öffnung 2 und einen runden Außenquerschnitt des Pumpstengels 3 erzielt werden kann.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren für flache Entladungsgefäße mit zwei von einem flachen Rahmen verbundenen Gehäuseplatten.

Bei Entladungsgefäßen für Entladungslampen wird konventionellerweise der Pumpstengel in eine Öffnung des Lampengehäuses eingesetzt, wobei der verbleibende Zwischenraum mit Glaslot als Dichtmaterial verfüllt werden muß. Dazu wird dieses in pastöser Form eventuell mehrfach aufgepinselt und getrocknet.

Diese Vorgehensweise hat verschiedene Nachteile. Zum einen ist sie sehr zeitintensiv. Zum zweiten ist sie schlecht für eine automatisierte Massenfertigung geeignet. Zum dritten entstehen beim Trocknen der aufgepinselten Schichten Trockenrisse, die durch wieder Überstreichen und wieder Trocknen ausgebessert werden müssen. Dennoch sind Undichtigkeiten nicht immer auszuschließen. Außerdem werden die beiden zuvor genannten Nachteile dann durch die Notwendigkeit einer Wiederholung des Verfahrensablaufs noch verstärkt.

Der Erfindung liegt somit das technische Problem zugrunde, ein im Hinblick auf das Einsetzen eines Pumpstengels verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Entladungsgefäßes anzugeben.

Erfindungsgemäß ist dazu vorgesehen ein Verfahren zum Herstellen eines flachen Entladungsgefäßes mit einem zwei Gehäuseplatten verbindenden Rahmen, bei dem in eine Öffnung in dem Rahmen mit einem eckigen Innenquerschnitt ein Pumpstengel mit einem runden Außenquerschnitt dicht eingesetzt wird, wobei zwischen den Pumpstengel und die Innenwand der Öffnung ein festes Zwischenstück eingesetzt wird, das eine an den runden Außenquerschnitt des Pumpstengels angepaßte durchgehende Öffnung und einen an den eckigen Innenquerschnitt angepaßten eckigen Außenquerschnitt aufweist.

Grundsätzlich soll der Pumpstengel mit der Innenwand der Öffnung gut abschließen, um eine dichte Verbindung zu ermöglichen. Im Hinblick darauf wäre es an sich anzustreben, den Außenquerschnitt des Pumpstengels und den Innenquerschnitt der Öffnung möglichst ähnlich zu wählen, d. h. keine grundsätzlichen Formabweichungen zuzulassen, so daß nur geringe Maßabweichungen ausgeglichen werden müssen. Wenn nämlich die durch ein Dichtungsmaterial, etwa Glaslot, das flüssig aufgetragen wird, auszugleichenden Zwischenräume zu groß werden, kommt es zu Problemen mit der Dichtigkeit. Dies ist wohl auf Risse in dem Dichtungsmaterial zurückzuführen.

Die Erfindung geht jedoch davon aus, daß es insgesamt einfacher ist und sich die zuverlässigsten Verbindungen zwischen Pumpstengeln und Entladungsgefäß herstellen lassen, wenn ein zusätzliches, konventionellerweise gar nicht notwendiges Teil verwendet wird. Dabei handelt es sich um das erfindungsgemäße Zwischenstück, das durch seine körperliche Ausgestaltung eine Formanpassung zwischen dem Pumpstengelaußenquerschnitt und dem Öffnungsinnenquerschnitt herstellt. Dies erlaubt nämlich eine freie Wahl der Form des Pumpstengels und der Form der Öffnung in dem Lampengehäuse des Flachstrahlers.

Die dadurch erzielten Vereinfachungen und Vorteile in der Zuverlässigkeit des Herstellungsprozesses überkompensieren den zusätzlichen Aufwand für die Herstellung des Zwischenstücks. Einerseits können Pumpstengel mit rundem Außenquerschnitt verwendet werden, die, beispielsweise als einfache Glasrohre, nicht nur einfach herzustellen und handzuhaben sind, sondern auch die geringsten Schwierigkeiten im Hinblick auf thermische Spannungen während des Herstellungsprozesses zeigen. Andererseits kann eine eckige Öffnung in dem Entladungsgefäß verwendet werden.

In vielen Fällen ist eine solche eckige Öffnung sehr viel einfacher anzubringen als eine runde Öffnung. Insbesondere läßt sich eine eckige Öffnung gut in dem Rahmen eines flachen Entladungsgefäßes anbringen, beispielsweise dadurch, daß einfach ein Stück des Rahmens vollständig ausgespart oder ausgeschnitten wird, so daß die Öffnung an zwei Seiten von den Platten des Lampengehäuses des Flachstrahlers begrenzt ist.

Das feste Zwischenstück läßt sich als Halbzeug ohne großen Kostenaufwand herstellen und vereinfacht das Verfahren dadurch, daß die Passung zwischen Zwischenstück und Pumpstengel bzw. Öffnungsinnenwand und Zwischenstück entweder schon soweit verbessert ist, daß eine dünne Glaslotschicht zur dichten Verbindung ausreicht, oder durch eine Formanpassung des Zwischenstücks beim Einsetzen erfolgt. Dazu muß das Zwischenstück zumindest etwas erweicht werden, um durch Andruck die benötigte Form zur Passung in die Öffnung und/oder an den Pumpstengel anzunehmen.

In vielen Fällen bestehen der relevante Teil des Entladungsgefäßes und des Pumpstengels aus Glas. Dann bietet es sich an, auch ein Glasmaterial für das Zwischenstück zu wählen. Unter den Begriff Glasmaterial fallen dabei auch sogenannte Glaskeramiken. Im Fall einer Formanpassung beim Einsetzen ist jedenfalls ein Material zu wählen, das thermisch erweicht werden kann.

Wenn das Zwischenstück durch eine Formanpassung beim Einsetzen optimal angepaßt werden soll, ist, wie bereits erwähnt, eine Erweichung notwendig. Vorzugsweise wird dabei ein Material für das Zwischenstück gewählt, dessen Erweichungstemperatur (das meint im Fall punktueller Fest-Flüssig-Übergänge Schmelztemperatur) tiefer als die entsprechende Temperatur des Materials des Pumpstengels und des relevanten Teils des Entladungsgefäßes, also der Innenwand liegt. Dann kann durch eine Erwärmung eine Erweichung des Zwischenstücks erreicht werden, ohne daß eine wesentliche Erweichung des Pumpstengels oder der Innenwand auftritt. Diese können dann als feste Bauteile über das sich raumanpassende Zwischenstück zusammengefügt werden. Dabei ist es bevorzugt, jedoch nicht notwendig, daß die Erweichung des Zwischenstücks für eine dichte Verbindung der beim letztendlichen Aneinanderfügen aufeinander stoßenden Flächen sorgt. Das gilt insbesondere für Glasmaterialien.

Es hat sich als sinnvoll herausgestellt, das Zwischenstück bereits vor dem Einsetzen in die Öffnung auf den Pumpstengel aufzusetzen und mit dem Pumpstengel dicht zu verbinden, so daß beim letztlichen Einsetzen von Pumpstengel und Zwischenstück in die Öffnung nunmehr eine dichte Verbindung (und gegebenenfalls Formanpassung) mit der Öffnung des Entladungsgefäßes vorgenommen werden muß. Hierdurch wird der Arbeitsablauf weiter vereinfacht, insbesondere können die mit Zwischenstücken versehenen Pumpstengel in einem separaten Arbeitsschritt in größerer Zahl vorgefertigt werden.

Ein bevorzugter Anwendungsfall für das erfindungsgemäße Verfahren sind Entladungslampen, insbesondere solche, die für dielektrisch behinderte Entladungen ausgelegt sind, also zumindest eine Elektrode aufweisen, die vom Entladungsvolumen durch eine dielektrische Schicht getrennt ist. Solche Entladungslampen werden auch als stille Entladungslampen bezeichnet. Es wird z. B. verwiesen auf die vorherige deutsche Patentanmeldung 197 11 890.9 derselben Anmelderin, deren Offenbarungsgehalt hinsichtlich der Lampentechnologie von stillen Flachstrahlern durch Inbezugnahme hier mit inbegriffen ist.

Wie bereits angedeutet, kann die Öffnung in dem Rahmen beispielsweise dadurch entstehen, daß ein für den Rahmen verwendeter Glasstrang in seiner Länge nicht ganz für den Umfang der durch den Rahmen zu bildenden Form ausreicht, also der Breite der Öffnung entsprechend zu kurz bemessen ist. Es kann jedoch auch nachträglich eine Öffnung in einen ursprünglich im wesentlichen geschlossenen Rahmen eingeschnitten werden, vorzugsweise durch Wasserstrahlschneiden oder auch durch Sägen. Im einfachsten Fall entstehen dabei im wesentlichen ebene Schnittflächen, so daß sich gemeinsam mit den Begrenzungen durch die Platten des Entladungsgefäßes ein rechteckiger Innenquerschnitt der Öffnung ergibt. Es wurde bereits ausgeführt, daß die Erfindung durch die Anpassung des günstigerweise runden Außenquerschnitts eines Pumpstengels an diese Form den Aufwand für das leicht herstellbare eckige Zwischenstück überkompensiert, u. a. im Hinblick auf die erzielbare hohe Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen Pumpstengel und Entladungsgefäß.

Das erforderliche Zwischenstück kann in verschiedener Weise preiswert und einfach hergestellt werden. In Frage kommen ein Spritzgießen, Pressen oder Extrudieren, insbesondere von Glasmaterialien (Glas oder Glaslot). Dabei können auch Strangformen hergestellt werden, die dann noch abgelängt werden müssen. Dies gilt insbesondere für die Extrusion. Beim Pressen kann auch mit binderfreiem Glaslot/-pulver gearbeitet werden.

Vorzugsweise wird ein Glaslot für das Zwischenstück verwendet, das mit einem thermoplastischen Bindermaterial vermengt ist. Das thermoplastische Bindermaterial dient zur Formgebung des Glaslots bei relativ niedrigen Temperaturen und kann durch einen späteren Schritt mit höheren Temperaturen ausgeheizt werden. Das bedeutet, daß das Gemenge aus Glaslot und Binder bei der Herstellung eines Extrusionsstrangs oder eines fertigen Zwischenstücks in einen eher zäh-viskosen Zustand erweicht werden kann und dann das Glaslot selbst zur Herstellung einer Abdichtung zwischen Pumpstengel und Entladungsgefäßöffnung im eigentlichen Sinn aufgeschmolzen werden kann, also flüssigkeitsähnlich wird.

Es ist auch möglich, das Zwischenstück zunächst auf den Pumpstengel aufzusintern und das Zwischenstück dann in der Entladungsgefäßöffnung einzuschmelzen. Dabei muß das Zwischenstück mit dem Pumpstengel nur lose in die Öffnung eingelegt werden. Vorzugsweise ist dabei das Glaslot so ausgelegt, daß die Zwischenstückherstellung unter Ausnutzung der thermoplastischen Eigenschaften des Binders beispielsweise durch Extrusion und Ablängen z. B. bei 130°C-180°C erfolgt, dann das Zwischenstück auf den Pumpstengel aufgesteckt und durch einen Temperaturschritt bei beispielsweise 430-490°C entbindert und aufgesintert wird und schließlich beim Fügen des gesamten Entladungsgefäßes bei der Fügetemperatur eine Verschmelzung des Zwischenstücks in der Öffnung erfolgt.

Für die verschiedenen Temperaturschritte kann auch ein Laser verwendet werden, beispielsweise zur lokalen Erhitzung des in die Öffnung eingesetzten Zwischenstücks. Dadurch wird eine großvolumige Erwärmung des Entladungsgefäßes vermieden, was aus verschiedenen Gründen von Vorteil sein kann. Hierzu wird verwiesen auf die Parallelanmeldung "Herstellungsverfahren für eine Gasentladungslampe" derselben Anmelderin vom selben Anmeldetag, deren Offenbarungsgehalt im Hinblick auf die technologischen Einzelheiten einer lokalen Erhitzung durch Laserstrahlung hier mit inbegriffen ist. Dies betrifft insbesondere auch die Verwendung von infrarotabsorbierenden Zusätzen.

Es können natürlich auch andere Lichtquellen oder Wärmequellen verwendet werden, beispielsweise Infrarotstrahler, Öfen oder Flammen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels besprochen, wobei dabei offenbarte Merkmale auch in anderen Kombinationen erfindungswesentlich sein können.

Im einzelnen zeigt:

Fig. 1 einen mit einem erfindungsgemäßen Zwischenstück versehenen Pumpstengel vor dem Einführen in eine Öffnung eines Flachstrahlerrahmens;

Fig. 2a und 2b eine Seiten- und eine Aufrißansicht des Zwischenstücks aus Fig. 1; und

Fig. 3 eine Seitenansicht des Pumpstengels mit aufgesetztem Zwischenstück.

Fig. 1 illustriert das erfindungsgemäße Verfahren schematisch mit einem Glasrahmen 1 eines stillen Flachstrahlers, der im übrigen nicht näher dargestellt ist. Es wird wieder auf die eingangs zitierte Anmeldung zur Technologie stiller Flachstrahler verwiesen. Der Glasrahmen 1 weist eine Öffnung 2 in Form einer durch im wesentlichen ebene Seitenflächen begrenzten Lücke in dem eine Seitenkante des Rahmens 1 bildenden Glasstrang auf. Das Innere des Entladungsgefäßes entspricht der rechten oberen Seite der Figur.

Im linken unteren Bereich ist ein Pumpstengel 3 mit einer rohrförmigen Grundform dargestellt. Auf ein vorderes Ende des Pumpstengels 3 ist ein erfindungsgemäßes Zwischenstück 4 aufgesetzt, das dementsprechend eine durchgehende Öffnung 5 mit einem dem Pumpstengel 3 entsprechenden Innenquerschnitt aufweist. Das Zwischenstück 4 entspricht in seinen Außenabmessungen gewissermaßen dem dem Rahmen 1 in der Öffnung 2 fehlenden Stück. Das bedeutet, daß der Außenquerschnitt (in Längsrichtung des Pumpstengels bzw. in Einführrichtung) des Zwischenstücks 4 angepaßt ist auf die Form und die Maße der Öffnung 2, in diesem Fall auf die rechteckige Querschnittsform des fehlenden Rahmenstücks von 6,5 mm × 6,5 mm bei einem Spiel von 0,2 mm jeweils.

Die Fig. 2a und 2b zeigen das Zwischenstück 4 vergrößert, wobei in der linken Hälfte in Fig. 2a eine Seitenansicht quer zur Längsrichtung des Pumpstengels 3 gesehen und in der rechten Hälfte in Fig. 2b eine Aufrißdarstellung in Längsrichtung des Pumpstengels 3 gesehen gezeichnet ist. In der linken Seitendarstellung ist mit gestrichelten Linien die in der rechten Seite im Querschnitt erkennbare zylindrische durchgehende Öffnung 5 angedeutet. Die Öffnung 5 hat einen mit dem Doppelpfeil angedeuteten Innendurchmesser von 5 mm, der dem Außendurchmesser des Pumpstengels 3 bei einem Spiel von 0,1 mm entspricht.

Typische Abmessungen für den Öffnungsquerschnitt 2 liegen allgemein im Bereich einiger mm pro Kante. Zu beachten ist, daß das Zwischenstück 4 im Sinterschritt schrumpft, also bei der Strangextrusion auf ein dementsprechend größeres Maß im Vergleich zu dem Maß der Öffnung 2 und des Pumpstengels 3 geachtet werden muß.

Fig. 3 zeigt den Pumpstengel 3 in seitlicher Darstellung, wobei auf das vordere Ende auf der linken Seite in Fig. 3 das Zwischenstück 4 aus Fig. 2 aufgesetzt ist.

Das Verfahren läuft wir folgt ab: Aus pulverisiertem Bleiborsilikatglas (Glaslot) wird mit einem thermoplastischen Bindersystem ein formbares Glasmaterial hergestellt. Dieses Glasmaterial wird bei etwa 150°C maßgenau zu einem Strang extrudiert, der ein Profil gemäß Fig. 2b aufweist. Von diesem Strang werden mit Hilfe einer Diamantkreissäge oder einem heißen Draht einzelne Zwischenstücke 4 abgelängt. Die Zwischenstücke 4 werden auf übliche rundrohrförmige Pumpstengel 3 aufgesteckt. Hierzu hat der Innendurchmesser der Öffnung 5 in jedem Zwischenstück 4 ausreichend Spiel (z. B. 0,1 mm) gegenüber dem Außendurchmesser des Pumpstengels 3. Damit ist die Konfiguration aus Fig. 3 erreicht.

Diese wird bei etwa 460°C in einem Ofen behandelt, wobei sich zunächst der Binder verflüchtigt und das verbleibende Glaspulver gesintert wird. Dabei setzt sich das Zwischenstück 4 auf dem Pumpstengel 3 fest. Die bisherigen Arbeitsschritte können in großer Stückzahl getrennt von dem eigentlichen Lampenzusammenbau durchgeführt werden. Nun wird jeder mit einem Zwischenstück 4 versehene Pumpstengel 3 in eine passende Öffnung 2 eines Rahmens 1 eines Flachstrahlers eingesetzt.

Die Öffnung 2 ist vor dem Zusammenbau des Flachstrahlergehäuses durch Wasserstrahlschneiden aus dem Rahmen ausgeschnitten worden. Danach wurden die in Fig. 1 nicht dargestellten Platten des Flachstrahlers mit dem Rahmen über eine Glaslotpaste lose verbunden. Nun wird der Pumpstengel 3 mit dem Zwischenstück 4 in die Öffnung 2 lose eingelegt. Der gesamte Aufbau wird in einen Ofen eingebracht und mit einem an sich konventionellen Fügeschritt bei erhöhter Temperatur behandelt. Dabei verbinden sich die Platten fest mit dem Rahmen 1; gleichzeitig verschmilzt das Zwischenstück 4 in der Öffnung 2 vakuumdicht. Bei diesem Fügeschritt werden der Rahmen 1, die nicht dargestellten Platten und der Pumpstengel 3 nicht wesentlich erweicht. Lediglich das Glaslot zwischen Rahmen 1 und Platten sowie das Zwischenstück 4 verschmelzen. Durch die bei dem Fügeschritt relativ niedrige Viskosität des gesinterten Glaslots des Zwischenstücks 4 ergibt sich eine hervorragende vakuumdichte Verschmelzung mit dem Rahmen 1 und dem Pumpstengel 3. Das weitere Verfahren, d. h. das Auspumpen des Lampengehäuses über den Pumpstengel 3 und die nachfolgenden Schritte sind konventionell.

Eine alternative Ausführungsform ersetzt das Verschmelzen des Zwischenstücks 4 während des Fügeschritts im Ofen sowie auch den Fügeschritt an sich durch eine Bestrahlung mit einem Infrarotlaser, mit dem auch eine vakuumdichte Verbindung zwischen dem Rahmen 1 und den Platten des Flachstrahlers hergestellt wird. Hierzu wird auf die bereits zitierte frühere Anmeldung verwiesen. Die dortigen Ausführungen zum Zusammenbau eines Lampengehäuses und zum Verschließen von Öffnungen mit Hilfe einer Laserbestrahlung bei infrarotabsorbierenden Glasmaterialien gelten in analoger Weise auch für das Zwischenstück 4.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Herstellen eines flachen Entladungsgefäßes mit einem zwei Gehäuseplatten verbindenden Rahmen (1),

    bei dem in eine Öffnung (2) in dem Rahmen (1) mit einem eckigen Innenquerschnitt ein Pumpstengel (3) mit einem runden Außenquerschnitt dicht eingesetzt wird,

    wobei zwischen den Pumpstengel (3) und die Innenwand der Öffnung (2) ein festes Zwischenstück (4) eingesetzt wird, das eine an den runden Außenquerschnitt des Pumpstengels (3) angepaßte durchgehende Öffnung (5) und einen an den eckigen Innenquerschnitt angepaßten eckigen Außenquerschnitt aufweist.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Zwischenstück (4) eine niedrigere Erweichungstemperatur als der Pumpstengel (3) und die Innenwand hat und zum Verbinden des Pumpstengels (3) mit der Innenwand erweicht wird, wobei der Pumpstengel (3) und die Innenwand im wesentlichen fest bleiben.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Zwischenstück (4) vor dem Einsetzen in die Öffnung auf den Pumpstengel (3) aufgesetzt und mit ihm verbunden wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Rahmen (1) an der Stelle der Öffnung (2) aus Glas besteht und die Öffnung (2) in den Rahmen (1) wasserstrahlgeschnitten wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Zwischenstück (4) spritzgegossen wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, bei dem das Zwischenstück (4) gepreßt wird.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, bei dem das Zwischenstück (4) durch Extrudieren und Ablängen des Zwischenstücks (4) von einem extudierten Strang hergestellt wird.
  8. 8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Zwischenstück (4) im wesentlichen aus Glaslot besteht.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das Glaslot einen thermoplastischen Binder enthält.
  10. 10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Pumpstengel (3) und die Öffnung (2) durch Aufschmelzen des Zwischenstücks (4) dicht verbunden werden.
  11. 11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche in Verbindung mit Anspruch 3 und 10, bei dem das Zwischenstück (4) auf den Pumpstengel (3) aufgesintert und dann in der Öffnung (2) aufgeschmolzen wird.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 2 oder 10, auch in Verbindung mit einem weiteren der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Zwischenstück (4) durch eine Laserbestrahlung erhitzt wird.
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 2 oder 10, auch in Verbindung mit einem weiteren der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Zwischenstück (4) bei einem Fügeschritt des Entladungsgefäßes in einem Ofen erhitzt wird.
  14. 14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Entladungsgefäß Teil einer Gasentladungslampe ist.
  15. 15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Gasentladungslampe für dielektrisch behinderte Entladungen ausgelegt ist.






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