專利名稱：連接系統(tǒng)、連接系統(tǒng)的制造方法和發(fā)光體的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種包括至少兩個組件的連接系統(tǒng)，其中至少一個組件由玻璃或玻璃陶瓷構成，其通過權利要求1和2中的前述部分的特征來詳細地說明；此外，還涉及制造連接系統(tǒng)的方法和由根據本發(fā)明的連接系統(tǒng)構成的發(fā)光體。
背景技術：
發(fā)光體包括管殼部件，優(yōu)選的不同實施例中的玻璃管殼部件能夠出現在多種應用領域或多種類型的燈中，例如在普通照明、汽車照明的領域或者熱輻射器中，如鹵素燈、白熾燈或者高壓放電燈或低壓放電燈。也能夠特別使用根據本發(fā)明的發(fā)光體，用于減小相關于所謂“backlighting”的純平顯示器的背景照明。根據本發(fā)明的管殼部件同樣也特別適用于金屬鹵素高壓放電燈。在常規(guī)的照明光源中，如白熾燈、鹵素燈和氣體放電燈中，透明的管殼優(yōu)選地由插入的圓柱形體或緊湊的球狀形狀的玻璃或半透明陶瓷構成，其基本上具有如下所描述的兩個不同的目的。
在本發(fā)明的范圍內，燈或應用被定義為，在燈或應用中，管殼部件首先是用于包裹發(fā)出光線的單元(例如燈絲)，和/或用于作為保護氣體或放電氣體的不透氣密封體。在該申請的范圍內，該應用表示為A類應用。在這個方面，特別是“白熾燈”或“鹵素光源”類型的燈，在其之中發(fā)生電流流通并由此強烈變熱的鎢絲發(fā)出光線，例如白熾燈或鹵素光源。為了提高壽命以及提升光線輸出，在此類的燈中，管殼填充了惰性氣體(氪氣、氬氣或氙氣)。以鹵素燈來說，填充氣體為鹵化物，該鹵化物與由燈絲蒸發(fā)的鎢在管殼內部空間的較冷區(qū)域中結合，并且又在熱的鎢絲上分解，其中分離的鎢正好在燈絲最熱的、也是最細的位置“愈合”，也就起到了延長壽命的作用。該現象稱為鹵素循環(huán)。鹵素添加物也充分有效地阻止了由金屬反射鏡產生的管殼黑色區(qū)以及由其造成的光通量的降低，因為鎢鹵素混合物的形成阻止了管殼內側上的金屬鎢的冷凝。因此，在鹵素白熾燈中，管殼的大小能夠急劇縮小并且提高填充氣體壓力，另一方面，氪氣和氙氣能夠經濟地作為填充氣體使用。
在A類應用的可選設計方案中，玻璃管殼構成氣體放電的反應空間。玻璃管殼能夠額外地起到光轉換層的載體的作用。例如，這類燈是低壓熒光燈以及高壓氣體放電燈。在兩種情況里，引入的液態(tài)或氣態(tài)的物質(常常是汞(Hg)和/或氙(Xe)和/或氖(Ne))通過在管殼中突出的兩個電極之間的電弧放電來激發(fā)出大多數在紫外線區(qū)域中的光線而活躍。對于低壓燈，例如在背光燈中，離散的紫外線通過熒光層被部分地轉化為可見的。在中壓和高壓放電燈中，放電氣體設置為100bar或更高的高壓。通過沖擊效應以及分子(例如Hg)的形成，離散的光線退變?yōu)樵摻Y果的發(fā)射譜帶，即發(fā)出準白光。此外，可光學激活的物質，例如稀土鹵化物，特別是鏑鹵化物，或者堿鹵化物“補足”了某些缺乏的頻譜部分并且提高了色彩的真實性。壓力下放射出的光線的白色效果的依賴性由Derra等人在“超高功率燈用于投影電視的超高亮度光源”，Phys.Bl.54(1998)Nr.9817-820中說明。該出版物的公開內容完全涵蓋地收錄到本申請的公開內容中。
在B類的應用中，玻璃管殼作為第二包裹，例如用于實際的光發(fā)射單元的熱隔離和/或用于破裂保護/爆炸保護，或者用于保護材料以及燈操作人員免受有害射線，尤其是免受紫外線射線的輻射。
B類應用涉及到例如高壓放電燈。高壓放電燈的燒嘴由硅玻璃或半透明的陶瓷(例如AI2O3、YAG-陶瓷)制成，能實現在高的工作溫度(直至1000℃或以上)中工作。工作溫度越高，色彩重現指數和效率也越高，并且燈與燈的發(fā)光質量的區(qū)別也就越輕微。
為了放電容器的熱隔離，第二玻璃包裹管殼罩住實際的反應體，其中在其間的空間通?；蛘呋旧媳怀榭?。此外，包裹管殼具備有阻擋紫外線的成分。
基于不同的應用領域，對于A類和B類玻璃的應用，產生對使用的管殼玻璃的不同要求。
A類應用要求熱穩(wěn)定材料，例如玻璃，該玻璃在空間上接近于鎢絲的負荷下，或者在壓力下的高工作溫度的負荷時，尤其是在高強度放電(High intensity discharge)產生的高壓下不會變形。此外，玻璃管殼在鹵素燈中處于2至30bar之間的內部壓力下，或者在高強度放電燈中處于大約到100bar或更高的內部壓力下。此外，管殼的化學性必須是非常惰性的，也就是說，其不能與填充材料起反應。這意味著，即不允許管殼材料中的成分分離到周圍環(huán)境中，尤其不能是堿、氫氧根或水。此外，當透明的材料能夠與進料金屬持續(xù)地、不透氣地密封熔合時，這是更有利的。特別是管殼材料應該能夠與鎢或鉬金屬、或者鐵鎳鈷合金(例如科瓦鐵鎳鈷合金(Kovar)、合金42(Alloy42))熔合。另外，這種形式的熔合的性能相對于溫度變化循環(huán)也是穩(wěn)定的。
冷光燈類型、例如低壓燈在性能的范圍中相對地來說承受低的溫度。如果這種類型的低壓燈作為“背光”燈來使用，則產生對阻擋紫外線的特別的要求。
“背光”燈是低壓放電燈，其能夠被小型化，以在TFT(“薄膜晶體管”)顯示器中作為背景照明使用，例如在熒光屏、監(jiān)視器、電視機中。為此，目前使用硅酸鹽基的多組分玻璃。在作為“背光”燈的應用中，通過燈的玻璃本身實現紫外線的屏蔽需要較高的要求，因為其他組件，特別是那些由塑料構成的組件，純平顯示器中在紫外射線的影響下急速地老化和退化。
在B類應用中，對溫度可負荷性和化學的成分/耐久性的要求普遍地要低于A類應用。因此，例如在高強度放電燈上，取決于管殼到燒嘴的熱點的距離，規(guī)定了外部管殼溫度為300℃-700℃。相應地，燈芯范圍明顯地冷于直接接近于燒嘴的管殼空間。取決于燒嘴的功率輸出，并且在管殼內壁與熱點有極小的間距時，壁溫度也完全能夠到達800℃或者更高。如上所述，該管殼應該具有高效的紫外線阻擋效果，特別是在“背光”的應用中。
在現有技術的A類應用中，用于白熾燈的軟玻璃、用于汽車鹵素燈的無堿硬玻璃或者用于普通照明或攝影照明的鹵素燈或高強度放電燈的硅玻璃作為玻璃管殼的材料使用。就此而言涉及到的內容，參考Heinz G.PfaenderSCHOTT玻璃百科全書-mvg出版社(122-128頁)或專利DE 197 47 355 C1、DE 197 58 481 C1、DE 19747 354 C1，其公開內容完全涵蓋地收錄到本申請的公開內容中。
對于大功率放電燈，現有技術中也發(fā)現可使用半透明的氧化鋁來替換硅玻璃，氧化鋁能承受1100℃或更高的溫度。涉及的大功率放電燈例如參考EP 748 780 B1或Krell等人的具有高硬度及密度的透明金剛砂(J.Am.Ceram.Soc.86(4)546-553(2003))，其內容完全涵蓋地收錄到本申請的公開內容中。
在冷的低壓燈中，相對來說軟玻璃、例如硼硅酸鹽玻璃同樣能夠作為玻璃管殼材料來使用。
對于B類應用的玻璃管殼材料，現在絕大多數使用硅玻璃或例如Suprax型的多組分玻璃(例如SCHOTT型8655或SCHOTT GLASMainz公司的DURAN玻璃)。
例如在GB 1,139,622中描述了玻璃陶瓷在燈結構中特殊的應用。這里描述了一種復合燈，其由玻璃陶瓷部分及硅玻璃窗口組成。這些部分通過含銅的焊接玻璃連接。在GB 1,139,622中沒有說明綠玻璃管殼或綠玻璃體的制造以及其后期處理。該應用被限制于紫外和紅外照明。
在一些由現有技術公開的燈類型中，例如鹵素燈或高強度放電燈，其內部或外部的燈管殼由硅玻璃構成。燈芯從外到內來由鎢絲或鉬絲實現，該鉬絲焊接到厚度小于100μm的鉬片上，以及焊接到用于鎢絲的另一個焊接點上，該焊接點通入到燈的內部，例如用于鎢絲或鎢放電電極。
這是為人們所熟知的，即圓柱形的高強度放電燈通過外部管殼與接觸線的熔合來制成。此外，此類設計的缺點在于所需的熔化區(qū)的大小。為了提高利用高強度放電燈作為光源的發(fā)光體的緊湊度和/或設計自由度，在包含有燈芯絲的基盤上通過焊環(huán)來連接，用于縮小外部管殼的熔化區(qū)。這種設計在出版物WO2004/077490 A1中預先公開。由玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷構成的盤形的基盤，通過焊環(huán)與空心體型的管殼共同連接，該管殼由石英玻璃、軟玻璃或硬玻璃構成。連接區(qū)域通過在外部管殼上的指向基盤的前端以及其寬度來表征，并且因此環(huán)形地走向。反射鏡的連接面同樣是環(huán)形的，該反射鏡(替代管殼)能夠應用于反射燈(替代管殼燈)的制造。
由現有技術公開的用于照明裝置的實施例，不僅表現出高的制造技術的費用的特征，而且表現出高的能源消耗的特征和/或具有較大的結構尺寸。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現有技術的缺點。特別是提出一種方法，通過該方法能夠制造照明裝置，該照明裝置具有高的緊湊性的特征。特別是工藝運用如此實現，即構成燈或燈管殼的組件很大程度氣密地相互連接。
根據本發(fā)明的解決方案通過獨立權利要求1、38和41的特征部分來表明特征。有利的設計方案將在從屬權利要求中提出。
根據本發(fā)明，在兩個互相需要連接的組件之間連接，其中至少一個組件至少部分地、優(yōu)選地完全由玻璃或玻璃陶瓷構成，也就是說，由一種玻璃基的材料構成，其基本上可通過接下來描述的可能的方法來獨立產生1)通過應用無機的玻璃基焊接材料的材料連接，或者2)通過至少在高溫范圍中使用的拉伸應力狀態(tài)和/或壓力應力狀態(tài)下的無需焊接材料封閉機構根據特別有利的實施例，兩個可能的方法相互進行組合，其中在這種情況下使用到焊接材料。
高溫范圍理解為大于室溫區(qū)域中的溫度，也就是說大約大于50℃直至燈的工作溫度。在高強度放電燈的情況下，其工作溫度最大約為800℃。低溫范圍通過小于等于室溫的溫度來表征。
第一解決方法通過無機的玻璃基焊接材料來表征。常規(guī)的Pb-硼酸鹽復合玻璃能夠利用相應的可膨脹縮小的惰性填充劑作為焊接材料應用?？膳蛎涍m配的無鉛Bi-Zn硼酸鹽復合玻璃也能夠應用。
各個相互要連接的組件的連接通過材料連接實現，其中兩個組件中的至少一個至少部分地、優(yōu)選地全部由玻璃或玻璃陶瓷或者玻璃基材料構成。該材料連接的特征在于，即其是氣密的，并且直到溫度≥350℃、優(yōu)選地是T≥450℃時，其也是溫度穩(wěn)定的、優(yōu)選是溫度變化穩(wěn)定的。
焊接過程通過需焊接組件的連接利用焊接材料和需焊接組件之間的擴散過程來實現。采用的焊接材料的熔化溫度低于焊接組件的熔化溫度，優(yōu)選地是在200℃到700℃的區(qū)域間。管殼/反射鏡在Fe-Ni合金(KOVAR，ALLOY42)上的焊接中，溫度不應該高于600℃，理想地不應該高于500℃。
焊接過程可以通過下列描述的方法來實現a)加熱，例如通過熱輻射器b)通過短波紅外線(kIR)c)通過激光熔化d)通過高頻加熱根據b)的實施例包括以光學的方法的熔化。光學加熱部件具有的優(yōu)點是，即以非常短的時間和局部的玻璃料滴來熔化，其中加熱處理不是通過表面加熱和材料自身的熱傳遞來實現，而是其直接在內部中加熱。由此，特別是在較粗的探針上，避免了玻璃料滴中的熱感應應力。
現有技術所采用的短波紅外線在一系列出版物中都有描述。DE199 38 807描述了由短波紅外線輻射的、由玻璃料滴構成的玻璃部件的成形，然而優(yōu)選地描述了平面玻璃板。DE 199 38 808、DE 19938 811以及DE 101 18 260描述了用于加熱半透明的玻璃陶瓷-原始玻璃的短波紅外線輻射，然而沒有涉及到焊接材料和連接組件之間的連接。
原始狀態(tài)的焊接材料的形狀優(yōu)選地對應于連接區(qū)域中的相互連接的組件的形狀，特別是符合于連接面的形狀。因此，根據在原始狀態(tài)的焊接材料的實施例能夠得到局部的受限制的焊接區(qū)以及熔化區(qū)域。
根據特別有利的實施例，材料連接借助于組件的焊接形成燈管殼。該燈管殼包含空心體形式的第一組件和盤狀部件形式的第二組件。空心體至少一側是打開的。開口借助于盤狀部件來封閉。盤狀部件利用焊接材料與空心體連接，其中連接應該是氣密的。盤狀部件可以是用于燈芯、特別是金屬燈芯的支承體。空心體在其設有開口的一側具有包圍其開口的平面，該平面通過材料連接在焊接材料的中間焊接的下面連接到的另一個組件上。待加工狀態(tài)的焊接材料為環(huán)形。
根據本發(fā)明的解決方案依照第二解決方法，連接的實施例通過無需焊接材料的封閉機構表征，優(yōu)選地通過彼此接觸的組件之間的拉伸應力狀態(tài)和/或壓縮應力狀態(tài)來表征。該應力通過選擇各個相互要連接的組件的膨脹系數、其幾何形狀和尺寸以及彼此在連接區(qū)域中的相對位置來確定?？蛇x地或附加地，僅僅是低壓條件也能夠簡單地無需焊接地形成形狀配合的氣密連接。低壓能夠例如通過空心腔的抽真空來實現，該空心腔由盤形部件而形成，特別是由盤和至少設置了一個開口的管殼/反射鏡的形式的空心體形成。抽真空能夠例如通過集成在盤中的泵管來實現，該泵管例如由金屬構成，該金屬例如通過激光加熱方式來熔合。
對于通過拉伸應力狀態(tài)和/或壓縮應力狀態(tài)下使用的形狀配合的無需焊接材料的連接的先決條件是在實際的連接過程之前的原始組件的高尺寸精確度，特別是鑒于連接區(qū)域中兩個相互要連接組件的表面平行性。其要求這樣的配合精確度，即該配合精確度考慮到在微米的范圍內的或者是微米的極小一部分的范圍的-平行度-傾斜度-同軸度-平整度-圓度-輪廓形狀-表面光潔度。
根據有利的改進方案，除了設置形狀配合之外，還設置材料連接，該材料連接通過在要連接的組件之間應用焊接材料來產生。
根據相互要連接的組件的連接、結構以及尺寸的實施例，由相同或不同材料構成的組件能夠以不同的組合連接。該應用的實現不依賴于使用焊接材料或不使用焊接材料的連接的類型?？墒褂玫挠糜谙嗷ヒB接的組件的可能的材料優(yōu)選地根據在以下列的膨脹系數分組中的熱膨脹系數CTE(ppm/K)來分類，分組根據類型來表示，其中組件能夠不依賴焊接材料應用而以相同或不同的類型組合a)類型1零膨脹或低膨脹材料
0≤CTE20/300≤1.3ppm/Kb)類型1Gr漸變系數材料0≤CTE20/300≤5ppm/K，其中后一個作用面是低膨脹的，例如零膨脹的c)類型2在CTE20/300范圍內的可膨脹材料(包括1.3ppm/K至包括3.5ppm/K)d)類型3在CTE20/300范圍內的可膨脹材料(包括3.5ppm/K至包括5.5ppm/K)e)類型3Gr漸變系數材料5≥CTE20/300≥0ppm/K，其中后一個作用面是高膨脹的，例如CTE20/300～4.0ppm/Kf)類型4在CTE20/300范圍內的可膨脹材料包括5.5ppm/K到包括9ppm/K具有CTE～0ppm/K熱膨脹系數的材料，例如是具有主晶相高石英混合晶體的透明的鋰鋁化合硅酸鹽(LAS)-玻璃陶瓷，如ROBAX或Zerodur(Schott Glas Mainz的商標)例如硅玻璃SiO2是具有CTE～0.5ppm/K的材料。
具有膨脹系數CTE～1.0ppm/K的材料例如是具有主晶相熱液石英-混合晶體的透明的鋰鋁化合硅酸鹽(LAS)-玻璃陶瓷。
部分地，具有綠玻璃、特別是盤形的部分的、也就是說局部陶瓷化的鋰鋁化合硅酸鹽(LAS)-玻璃陶瓷具有環(huán)形的由玻璃陶瓷構成的外部連接面和徑向向內的綠玻璃區(qū)域的局部陶瓷化的鋰鋁化合硅酸鹽(LAS)-玻璃陶瓷，能夠作為類型1Gr的漸變系數材料來使用。該材料具有來自于以下成分范圍的成分(基于氧化物的質量百分比)SiO250-70Al2O317-27Li2O ＞0-5Na2O 0-5K2O 0-5MgO 0-5ZnO 0-5TiO20-5ZrO20-5Ta2O50-8BaO 0-5SrO 0-5P2O50-10Fe2O30-5CeO20-5
Bi2O30-3WO30-3MoO30-3以及常規(guī)的具有0-4％質量百分比部分的精煉劑。
申請人(SCHOTT)的8228、8229、8230型的過渡玻璃能夠被作為類型2材料也就是具有包括1.3ppm/K和包括3.5ppm/K之間的CTE使用。(比較DE103 48 466)
大概成分SiO2為81％、B2O3為12.8％、Al2O3為2.4％、Na2O為3.3％、K2O為0.5％的質量百分比的DURAN 8330(CTE＝3.3ppm/K)也能夠使用。
因此，8228、8229、8230和8330玻璃包括玻璃成分范圍[質量百分比％]為大約80-90％的SiO2、0-10％的Al2O3、0-15％的B2O3、小于5％的R2O，其中Al2O3和B2O3的部分一共大概為7％-20％，并且用于分組的堿金屬R由Li、Na、K、Rb和Cs組成。
作為具有膨脹范圍為CTE20/300＝3.5-5.5ppm/K(類型3)的材料的可能的舉例能夠用下列敘述的材料來實現
a)鐵鎳鈷合金(Fe-Ni-Co-Alloys)，例如合金如Vacon 11(CRSHoldings Inc.)，其也表示為“Kovar”或ALLOY42。
對于鐵鎳鈷合金，特別是根據合金(例如KOVAR，Alloy42)的成分，膨脹系數特別優(yōu)選在3.5ppm/K和5.5ppm/K之間。
b)鉬金屬或添加的鉬具有大約5.2ppm/K的膨脹系數CTEc)鎢或添加的鎢具有大約4.4ppm/K的CTEd)硬玻璃，例如SCHOTT的一些標識為8253的玻璃大概成分的質量百分比為
e)硼硅酸鹽玻璃，例如SUPRAX 8488(CTE20/300～4.3ppm/K)或8250(CTE20/300～5.0ppm/K)f)鋰鋁化合硅酸鹽(LAS)-玻璃陶瓷的型號ROBAX或Zerodur的待處理玻璃(未陶瓷化)(CTE～3.5-5.0ppm/K)g)鎂鋁硅酸鹽(MAS)-玻璃陶瓷具有的成分來自于下列的成分范圍中(基于氧化物的質量百分比％)SiO235-70，特別是35-60Al2O314-40，特別是16.5-40
MgO 0-20，優(yōu)選4-20，特別是6-20ZnO 0-15，優(yōu)選0-9，特別是0-4TiO20-10，優(yōu)選1-10ZrO20-10，優(yōu)選1-10Ta2O50-8，優(yōu)選0-2BaO 0-10，優(yōu)選0-8CaO 0-＜8，優(yōu)選0-5，特別是＜0.1SrO 0-5，優(yōu)選0-4B2O30-10，優(yōu)選＞4-10P2O50-10，優(yōu)選＜4Fe2O30-5CeO20-5Bi2O30-3WO30-3MoO30-3以及常規(guī)的具有例如0-4％質量百分比的SnO2、CeO2、SO4、Cl、As2O3、Sb2O3的精煉劑。
類型3Gr材料包含具有局部不同的熱膨脹系數CTE20/300(0到4之間)的漸變系數材料。這種形式的材料能夠例如通過合適的處理方式由原始材料來產生，例如由LAS型玻璃陶瓷的原始玻璃產生。部件能夠例如根據組件的空心體(管形，管殼形)或者盤形的結構而存在。具有局部陶瓷化的管形部件的結構由WO2005/066088公開，該管形部件具有末端的綠色區(qū)域。
對于在CTE20/300～5.5到包括9.0ppm/K范圍內膨脹的材料(類型4)的實施例a)Al2O3-陶瓷6≤CTE20/300≤8ppm/Kb)具有主晶相的鋰高硅酸鹽的鋰鋁化合硅酸鹽玻璃陶瓷CTE20/300大約9.0ppm/Kc)銅-電鍍Ni-Fe絲CTE20/300軸向為8.5ppm/Kd)YAG陶瓷CTE20/300大約8ppm/K氣密的連接系統(tǒng)能夠由在一個膨脹系數組的材料構成的組件之間生成，也能夠由在不同膨脹系數組的材料構成的組件之間生成。
根據本發(fā)明的解決方案優(yōu)選地用于由多個組件構成的連接系統(tǒng)的制造，在該系統(tǒng)中，第一組件被設計為空心體以及第二組件設計為盤形部件。
用于燈結構的由玻璃或玻璃陶瓷構成的空心體能夠以管型的形狀存在。假如需要的話，管型能夠轉變?yōu)榍蛐位驒E圓形?？招那蚧蚩招臋E圓也能夠不依賴于前面提到的管形，通過吹煉和擠壓來制造。
管形或類似于管形的玻璃或玻璃陶瓷也能夠作為外部管殼應用在HID(高強度放電)燈中，例如高壓金屬鹵素放電燈。在該申請中，“管形”理解為具有外壁和至少一個開口的空心體，其橫截面是環(huán)形的，然而，相應地“類似管形”的橫截面表示其他的封閉幾何形狀，例如橢圓形、卵形或圓邊的角形。玻璃和玻璃陶瓷也能夠以反射鏡的形狀與其他的材料連接，該反射鏡在底腳的區(qū)域中具有環(huán)形的端面。
根據本發(fā)明的解決方案基本上涉及到兩個不同的基本配置。這能夠根據連接對象的膨脹情況或者幾何比率的膨脹情況在燈或系統(tǒng)中在兩者之間選擇。
-自由的和暢通無阻的，也就是說相互要連接的組件中一個組件的至少一側的膨脹-位置容納的兩側的限制基于不斷交替的溫度狀況，特別是照明裝置開啟和關閉的操作必須在所有的工作狀態(tài)中保證氣密連接。因此，具有至少一側自由的位置容納的可能性的實施例鑒于形狀配合的產生，通過如下的設計可能性來表征，該位置容納用于產生封閉開口的盤形部件與具有開口的空心體的連接。所有的結構用來確定空心體和盤形部件的結構，該空心體的結構在連接區(qū)域中具有確定的描述外部和內部圓周的幾何形狀，并且該盤形部件的結構具有優(yōu)選的但不是強制的(如下所述)設計在端面上的凸起部，該凸起部通過描述凸起部圓周的平整區(qū)域來設計，其用于在空心體上的連接。確定有a)凸起部設計為a1)盤形凸起部a2)環(huán)形凸起部其在盤形部件的中心線的區(qū)域中，該區(qū)域具有平行或傾斜于空心體內壁的圓周面，其中空心體的內部圓周的幾何形狀選擇為相似地、優(yōu)選地是在配合的前提下選擇與凸起部相同b)凸起部設計為環(huán)形的凸起部，其在盤形部件的外部圓周的區(qū)域中，該區(qū)域具有平行或傾斜于空心體外壁的圓周面，其中空心體的外部圓周的幾何形狀選擇為相似地、優(yōu)選地是在配合的前提下與凸起部的外部圓周相同c)在兩個設計的凸起部中設計一個槽口/凹槽，該設計形成用來與空心體的外部圓周局部面和/或空心體的內部圓周局部面連接的作用面。
所述配置能夠用于不使用焊接材料或使用焊接材料來制造連接系統(tǒng)。如果不需要(不期望)形狀配合，而是基本上通過材料連接來連接，也就是說應該通過焊接來實現，可以放棄盤形的輪廓構成，也就是說最后絲毫不具有環(huán)形、盤形或槽口形的結構。
此外，根據低溫狀態(tài)中所期望的連接，鑒于膨脹系數來相互調節(jié)并以此來設計和確定尺寸，即至少在高溫狀態(tài)中、特別是在燈的工作溫度中，各個組件的各個作用面之間存在過渡匹配或擠壓匹配。優(yōu)選地，其已經存在于低溫范圍中。
為了提高鑒于各個相互需連接的組件的材料的選擇的自由度，該組件在其幾何形狀中這樣來相互協(xié)調，即在高溫范圍中形狀配合的相互連接的作用面之間在低溫范圍中存在有縫隙。此外，縫隙幾何形狀根據選擇的材料和其膨脹系數來確定。
為了避免不期望的應力狀態(tài)，作用面和/或縫隙的幾何形狀如下地優(yōu)化，即避免相互要連接的組件的各個處于相互作用連接的面之間的切向力。其通過相應的軟化的，也就是接觸面的圓滑化的結構來實現。
接下來根據附圖來詳細說明根據本發(fā)明的解決方案。其中詳細地示出圖1a根據帶有焊接環(huán)的第一實施例示出根據本發(fā)明設計的連接系統(tǒng)；圖1b根據圖1a借助詳細示意圖X示出各個組件彼此在低溫狀態(tài)(室溫)下的對應關系；圖2a根據無需焊接材料的第一實施例示出根據本發(fā)明設計的連接系統(tǒng)；圖2b根據圖2a借助詳細示意圖X示出各個組件彼此在低溫狀態(tài)(室溫)下的配合；
圖3a根據帶有焊接環(huán)和徑向縫的第二實施例示出根據本發(fā)明設計的連接系統(tǒng)；圖3b根據圖3a借助詳細示意圖X示出各個組件彼此在低溫狀態(tài)(室溫)下的對應關系；圖4a根據圖3的無需焊接材料的第二實施例示出根據本發(fā)明設計的連接系統(tǒng)；圖4b根據圖4a借助詳細示意圖X示出各個組件彼此在低溫狀態(tài)(室溫)下的對應關系；圖5a根據圖4帶有最佳縫隙幾何形狀的第二實施例示出根據本發(fā)明設計的連接系統(tǒng)；圖5b根據圖5a借助詳細示意圖X示出各個組件彼此在低溫狀態(tài)(室溫)下的對應關系；圖5c基于根據圖5b的示意圖示出組件在高溫狀態(tài)下的位置對應關系；圖6a根據第三實施例示出根據本發(fā)明設計的帶有焊接材料的連接系統(tǒng)；圖6b根據圖6a借助詳細示意圖X示出各個組件彼此在低溫狀態(tài)(室溫)下的對應關系；圖7a根據無需焊接材料的第三實施例示出根據本發(fā)明設計的連接系統(tǒng)；圖7b根據圖7a借助詳細示意圖X示出各個組件彼此在低溫狀態(tài)(室溫)下的對應關系；
圖8a根據帶有焊接材料的第四實施例示出根據本發(fā)明設計的連接系統(tǒng)；圖8b根據圖8a借助詳細示意圖X示出各個組件彼此在低溫狀態(tài)(室溫)下的對應關系；圖9a根據帶有焊接材料和最佳的縫隙幾何形狀的第四實施例示出根據本發(fā)明設計的連接系統(tǒng)；圖9b根據圖9a借助詳細示意圖X示出各個組件彼此在低溫狀態(tài)(室溫)下的對應關系；圖10a根據第五實施例示出根據本發(fā)明設計的連接系統(tǒng)；圖10b根據圖10a借助詳細示意圖X示出各個組件彼此在低溫狀態(tài)(室溫)下的對應關系；圖11a根據帶有相對于圖10變大的作用面的第六實施例示出根據本發(fā)明設計的連接系統(tǒng)；圖11b根據圖11a借助詳細示意圖X示出各個組件彼此在低溫狀態(tài)(室溫)下的對應關系；圖12a根據引入帶有最佳的焊接材料而特別改進的第七實施例示出根據本發(fā)明設計的連接系統(tǒng)；圖12b根據圖12a借助詳細示意圖X示出各個組件彼此在低溫狀態(tài)(室溫)下的對應關系。
具體實施例方式
圖1a至圖12a以示意性的簡化圖示出了連接系統(tǒng)1，以及圖1b至12b示出了各個彼此要連接的組件的設置，根據截面圖的一部分示出第一組件2和第二組件3在常溫狀態(tài)(即室溫)中彼此的設置。組件2設計為空心體4，以及組件3設計為以基盤6的形狀的盤形的部件5。至少一個組件的至少部分地由玻璃或玻璃陶瓷構成。
連接系統(tǒng)1優(yōu)選地應用在燈泡或者發(fā)光體中，其中空心體4形成管殼，并且基盤6形成帶有用于電極的燈芯的底座。
根據圖1至圖5的連接系統(tǒng)通過各個彼此要連接的組件的幾何形狀的實施例來表征，該實施例在一側不具備用于接收位置的空心體4的限制，而根據圖6至圖12的實施例通過兩側的固定來表征。
圖1詳細示出了根據本發(fā)明設計的連接系統(tǒng)1的第一實施例，該連接系統(tǒng)由盤形的部件5和空心體4組成。圖1a示出連接系統(tǒng)1，圖1b示出圖1a中的軸向截面圖的一部分?？招捏w4參照軸線A4優(yōu)選地旋轉對稱地設計，并且具有第一空心圓柱形的部分區(qū)域，該空心體在其第一端部區(qū)域18上設計為打開，并且在其另一個端部區(qū)域19上設計為閉合，其中閉合通過利用第一部分區(qū)域一部分設計的第二拱頂或者橢圓體形設計的部分區(qū)域來實現。如此構成的空心體4表征為內側面20、外側面21以及端面14。組件2和3之間的連接根據圖1利用形狀配合和材料連接來實現。另外，盤形的部件5在其連接狀態(tài)時在指向空心體4的端面7上具有凸起部8，該凸起部用于在空心體4和盤形的部件5之間形狀配合地連接。該形狀配合在連接區(qū)域中利用在凸起部8上的作用面9和空心體4的壁12的內側面20的內部圓周11上的作用面10的共同作用產生。
凸起部8能夠設計為不同類型。然而，該凸起部具有對準空心體4的壁12的內部圓周11且優(yōu)選平行于該空心體而設計的作用面9。這意味著，凸起部8的幾何形狀和空心體4的壁12的形成作用面10的區(qū)域的幾何形狀能夠基于匹配而彼此協(xié)調。在所示出的情況下，空心體4利用至少連接區(qū)域中在基盤6上旋轉對稱的設計來表征。因此，作為空心體4的內側面20的部分面的作用面10是環(huán)形的。凸起部8上的互補的作用面9同樣是環(huán)形的并且以一個角度，優(yōu)選是垂直于端面7設置。因此以作用面9的形狀的環(huán)形的面由根據設計方案的側面環(huán)形地或由這里所示出的盤形的凸起部8的側面構成。在根據軸線A5的旋轉對稱的設計中，在圓周方向上的凸起部8的尺寸在徑向方向上小于基盤6的尺寸，該軸線在組件2、3連接的狀態(tài)下與空心體4的軸線A4重合。優(yōu)選的是兩者通過直徑來表征，即空心體4的內部圓周20在連接區(qū)域通過直徑di并且凸起部8的外側直徑通過直徑da來表征。兩個直徑之間的在端面7上保持不變的平面區(qū)域16，根據實施例作為用于空心體4的直接的抵靠面，特別是端面14或者用于如在圖1a中所示出的通過焊接環(huán)15與端面14的連接。平面區(qū)域16和端面14不必強制地采用同樣的大小，也就是說，盤的平面區(qū)域16也能夠大于端面，就是說，空心體的外側壁21不必強制地與盤的外邊緣平滑地連接(未示出)。盤能夠超出規(guī)定范圍，但應該避免空心體的外壁超出范圍。
這樣彼此插入的組件，即空心體4和基盤6，在連接區(qū)域中，特別是在徑向的方向上形成了一個作用面對13。此外，指向基盤6的空心體的端面14通過焊接材料，特別是焊接環(huán)15材料連接地與在基盤6上的端面7的平面區(qū)域16連接。此外，焊接材料用于剩余縫隙的填充。因此連接區(qū)域的尺寸利用焊接環(huán)15的尺寸以及在流動的狀態(tài)下焊接材料的特性確定?；趩蝹鹊男螤钆浜希招捏w4單側地，這就是說，在外部圓周21上沒有對于位置容納的徑向方向上的限制，也就是說，從凸起部8上的作用面9向外指向。焊接環(huán)15基于其尺寸，特別是在橫截面中看到的直徑和寬度，匹配于空心體4的端面14的尺寸。在橫截面中的厚度D小于相對于端面7的凸起部8的高度h8。
根據圖1，連接系統(tǒng)1的各個組件通過相同或區(qū)別有限的熱膨脹系數CTE表征。其適用于空心體4、盤形的部件5和焊接環(huán)15，即CTEB～CTEH～CTELOT。
各個組件這樣來設計和確定尺寸，即利用形狀配合在連接區(qū)域中匹配，這就是說，在凸起部8和壁12的內部圓周11之間至少作為過渡匹配來確定尺寸，優(yōu)選的是已經在常溫狀態(tài)下，也就是在常溫下形成壓力配合。
端面7和平面區(qū)域16優(yōu)選是平的，并且相對于基盤6的對稱軸線A5或者空心體4的對稱軸線A4以90°的角來設計。
在根據圖1a、1b的實施例中，在涉及到空心體4和基盤6的對稱軸線A4、A5的徑向的方向上實現形狀配合，在垂直的方向上，也就是說平行于對稱軸線A4、A5方向上，連接通過材料連接以焊接環(huán)15的形狀的焊接材料實現。因此在連接組件2、3上的熔化區(qū)域能夠取決于焊接環(huán)15的尺寸，特別是它的寬度B被保持很小，因為僅僅涉及到環(huán)形的、也就是說環(huán)繞的區(qū)域。
例如根據以下所述相應的膨脹系數的典型的材料組合至少在連接區(qū)域中用于圖1連接系統(tǒng)1的實施例中的各個彼此要連接的組件，圖1-12中的舉例在膨脹系數組之內可做為用于其他所有的材料的代表。
例1-由帶有4和0ppm/K之間的CET的1Gr型的材料制成的第一或第二組件的實施例，其中具有CET～4的區(qū)域處于組件(Kompartimente)的連接區(qū)域，并且可由此連接的組件由CTE＝3.5至5.5ppm/K的范圍的膨脹的類型3的材料制成。
例2
-由CTE20/300＝3.5至5.5ppm/K的范圍的膨脹的類型3的材料制成的兩個組件的實施例。
用于連接各個組件2、3的材料舉例a)(對于例1)第一或第二組件，優(yōu)選的是組件2由部分陶瓷化的LAS-玻璃陶瓷制成，第二或者第一組件，優(yōu)選的是組件3由合金42或者KOVAR制成。
b)(對于例2)第一或第二組件，優(yōu)選的是組件2由MAS-玻璃陶瓷制成，第二或第一組件，優(yōu)選的是組件3由KOVAR或者合金42制成。
c)(對于例2)第一或者第二組件，優(yōu)選的是組件2由硬玻璃制成，第二或者第一組件，優(yōu)選的是組件3由KOVAR或者Alloy42制成的。
d)(對于例2)第一或者第二組件，優(yōu)選的是組件2由硼硅玻璃制成，例如Schott公司標識的8488型，第二或者第一組件，優(yōu)選的是組件3由合金42或者KOVAR制成。
與此相對，圖2示出了根據圖1的無需焊接材料的實施例。在這種情況下，各個組件2、3的連接單獨利用基于在加熱和冷卻、冷卻和加熱或抽氣期間起主要作用的應力狀態(tài)或負壓狀態(tài)的形狀配合來產生。連接系統(tǒng)1的基本構造，特別是單個組件2、3對應于圖1所描述的，其中在空心體4的端面14和在基盤6上的端面7之間沒有設置焊接材料。該連接僅通過形狀配合實現。其所需的先決條件在于，在連接組件之間應用近似同樣熱膨脹(即CTEH～CTEB)的材料。
例如根據圖2的連接系統(tǒng)1的實施例中，至少在連接區(qū)域，得到下面的材料組合應用于各個相互需連接的組件例1-利用0和1.3ppm/K之間的熱膨脹CTE的零膨脹或者低膨脹材料制成的第一和第二組件的實施例，例2-利用在3.5至5.5ppm/K的范圍中膨脹的材料制成的一個組件和由零膨脹或者低膨脹材料制成的另一個組件的實施例。
用于連接各個組件2、3的材料舉例a)第一或者第二組件，優(yōu)選的是組件2由硅玻璃制成，第二或者第一組件，優(yōu)選的是組件3由帶有主晶相的熱液石英混合晶體的半透明的LAS玻璃陶瓷制成的組件。
最優(yōu)化的匹配尺寸依賴于組件的CTE值，分別的溫度和出現的E系數和材料的橫向收縮量。通常適合，即作用在外殼上的推擠壓力應該以最大為15MPa，優(yōu)選＜10MPa來限定。這類似適用于推擠壓力(＜10MPa)＝(E(T)·γ)/(2·(1+v(T)))其中E(T)在各個溫度時的E系數，sinγ＝2(槽的出口半徑)·(1+CTE(T))/槽的深度，
v(T)在各個溫度時的泊松(Poisson)值。
由此最佳的槽的深度和半徑能夠算出。
如果組件2、3的材料使用同樣的熱膨脹，基于徑向方向上基盤6的凸起部8的膨脹和空心體4的膨脹，那么該結構實現了相對于空心體4的內側壁形成的壓應力，其中該空心體又在徑向的方向上膨脹。至少在作用面9、10的區(qū)域中通過在徑向方向上的形狀配合形成了氣密的連接，并且由于作用面的走向，也在垂直方向上形成了氣密的連接。此外，同樣實現了在指向基盤6的端面14和環(huán)形的平面區(qū)域16之間的氣密的愿望。
圖3和圖4分別示出了根據圖1和圖2的改進方案。這通過在連接系統(tǒng)1的常溫狀態(tài)下，這就是說，在溫度＜50°時，優(yōu)選在常溫或更低溫度時在互相要連接的組件2、3的作用面9、10之間設置的徑向縫隙17來表征。在徑向方向上的該縫隙的尺寸在從0.001至0.2R的范圍中，其中R＝空心體4的半徑。
圖3示出了根據圖1的帶有焊接環(huán)15和縫隙17的實施例的改進方案，該縫隙至少在常溫的狀態(tài)下存在。該縫隙17設置在空心體4的內側壁20和基盤6的凸起部8之間。該縫隙環(huán)形地圍繞由凸起部8形成的作用面9，并且在該縫隙設置在高溫狀態(tài)下作為作用面10起作用的在內部圓周11上的平面區(qū)域和在空心體4上的內側面20之間。焊接環(huán)15設置在空心體4的指向基盤6的端面14和基盤6的端面7之間，并且進一步延伸到縫隙17，這就是說，不僅在徑向的方向上而且在垂直的方向上延伸。該實施例允許不同的膨脹組的材料應用于彼此要連接的組件2、3。此外，該熱膨脹系數CTEH≤CTEB，其中焊接材料使不同的膨脹系數平衡，通過該焊接材料利用它的膨脹系數，優(yōu)選在要連接的組件之間設置，和/或以相應的厚度D設計。通過連接溫度的匹配，焊接材料的膨脹可以在確定的范圍內超出或低于某個連接組件的膨脹。在膨脹系數中，間距應該優(yōu)選地不超越1ppm/K。
組件2、3的連接在所有的工作狀態(tài)中實現，特別是在幾乎所有的溫度時至少通過材料連接實現，此外，在高溫范圍中也能夠通過形狀配合。
例如在下述的、通過膨脹組表征的材料的對應關系，在根據圖3的連接系統(tǒng)1的實施例的應用中，至少在用于各個彼此要連接的組件的連接區(qū)域中得到例1-由零膨脹或者低膨脹材料(0≤CTE≤1.3ppm/K)構成的第一或者第二組件的實施例，和具有在CTE(包括3.5至包括5.5ppm/K)的范圍中的膨脹的材料制成的第二或第一組件的實施例。
例2-由CTE在4和0ppm/K之間的漸變系數材料構成的第一或者第二組件的實施例(在連接位置的區(qū)域中的高溫膨脹的范圍)，和由具有在CTE＝3.5至5.5ppm/K的范圍中的膨脹的材料制成的可由此連接的組件的實施例。
例3-由具有在CTE＝3.5至5.5ppm/K的范圍中的膨脹的材料構成的兩個組件的實施例。
用于連接各個組件2、3的材料舉例
a)第一或第二組件，優(yōu)選的是組件2由部分陶瓷化的LAS-玻璃陶瓷或者帶有高石英混合晶體的LAS-玻璃陶瓷制成，第二或者第一組件，優(yōu)選的是組件3由合金42或者KOVAR制成，b)第一或第二組件，優(yōu)選的是組件2由MAS-玻璃陶瓷制成，第二或第一組件，優(yōu)選的是組件3由KOVAR或者合金42制成，c)第一或者第二組件，優(yōu)選的是組件2由硬玻璃制成，例如Schott公司的8253型，第二或者第一組件，優(yōu)選的是組件3由Alloy42或KOVAR制成，d)第一或者第二組件，優(yōu)選的是組件2由硼硅玻璃制成，例如Schott公司標識的8488型(SUPRAX)，第二或者第一組件，優(yōu)選的是組件3由合金42或者KOVAR制成，e)兩個組件由硬玻璃(Schott公司的8253型)制成，f)第一和第二組件由硼硅玻璃制成的，例如組件2優(yōu)選地由Schott公司標識的8488型(SUPRAX)制成的組件2，第二或者第一組件，優(yōu)選的是組件3由玻璃8250型制成。
作為焊接材料，具有相應的膨脹降低的惰性的填充材料的傳統(tǒng)的Pb-硼酸鹽復合玻璃被應用。膨脹匹配的無鉛Bi-Zn-硼酸鹽復合玻璃或者磷酸鹽基的玻璃也能夠被應用。
特別是應用帶有下列特性的焊接材料焊接材料A(CTE20/300～4.4ppm/K；Tg～325℃；TLt～440℃)，或者焊接材料B(CTE20/300～5.6ppm/K；Tg～445℃；TLt540℃-570℃)。
與此相反，圖4示出了根據圖3的無需焊接材料的實施例，特別是焊接環(huán)15?？招捏w4的端面14在這個實施例中直接置于基盤6的端面7上。該內部圓周20，也就是說作用面10通過環(huán)形縫17在徑向方向上，由在基盤6上的作用面9在常溫的狀態(tài)下分開。該連接在高溫的狀態(tài)下通過形狀配合實現。因此熱膨脹系數CTEH≤CTEB。
例如在下述的、通過膨脹組表征的材料的對應關系，在根據圖4的連接系統(tǒng)1的實施例的應用中，至少在用于各個彼此需連接的組件的連接區(qū)域中得到例1-由具有在CTE＝3.5至5.5ppm/K的范圍中膨脹的材料制成的第一或者第二組件的實施例，和具有在CTE＝5.5至9ppm/K的范圍中的膨脹的材料制成的第二或者第一組件的實施例。
-用于連接各個組件2、3的材料的舉例第一或者第二組件，優(yōu)選的是組件2由硼硅玻璃制成，例如Schott公司標識的8488型(SUPRAX)，第二或者第一組件，優(yōu)選的是組件3由AIOX制成。
例2-由具有在CTE＝0至1.3ppm/K的范圍中膨脹的材料制成的第一或者第二組件的實施例，和具有在CTE＝3.5至5.5ppm/K的范圍中的膨脹的材料制成的第二或者第一組件的實施例。
-材料舉例第一或者第二組件，優(yōu)選的是組件2由LAS-玻璃陶瓷制成，例如Schott公司標識的ROBAX，第二或者第一組件，優(yōu)選的是組件3由KOVAR制成。
圖5示出了根據圖4帶有最佳縫隙幾何尺寸的實施例。基盤6具有比空心體4大的膨脹系數。后者優(yōu)選地由零膨脹材料制成。因此在空心體4上的端面14的實施例通過在高溫狀態(tài)下的基盤6的形狀，特別是在基盤6的外部圓周和凸起部8之間的過渡來確定。該外部圓周彎曲地設計，并且可以通過至少一個半徑，優(yōu)選地是可通過多個半徑來描述。
圖5b示出在低溫狀態(tài)中的連接系統(tǒng)1，同時圖5c反映了在高溫狀態(tài)中的情況。
因此從外部圓周出發(fā)，平面區(qū)域22在基盤6上延伸，該平面區(qū)域連接在過渡區(qū)域23上，該過渡區(qū)域彎曲地實施。該彎曲實現了s-形，并且通過至少兩個彼此相對的半徑R1和R2來描述。
因為空心體4的幾何形狀在連接區(qū)域中在高溫狀態(tài)下匹配于凸起部的幾何形狀，從而在高溫狀態(tài)下，空心體4的內側壁20確保平坦地抵靠在在凸起部8的外部圓周的至少部分平面上，在常溫狀態(tài)下，僅僅在基盤6的外部圓周24的區(qū)域中出現平坦地抵靠。縫隙17通過在其在徑向和垂直方向上的延伸以不同的尺寸來表征。在加熱時由于膨脹基盤6對空心體4施加的切向力利用該形狀最小化或完全排除。在基盤6和空心體4之間的接觸面，特別是端面14根據圖5b在低溫狀態(tài)下是一個平面，該平面能夠相關于連接系統(tǒng)1的中心線，這就是說，向關于軸線A4或者A5以5°至30°傾斜。此外，接觸面的尺寸通過氣密性的要求來確定，該氣密性也應該在常溫時給出。在高溫狀態(tài)下，空心體4的內壁額外地s-形地抵靠在基盤6上。在加熱和冷卻時，基盤6相對于空心體4的滑動不可避免。通過選擇小的形狀偏差和位置偏差以及在接觸面上低的附著系數和滑動摩擦系數，優(yōu)選的是μ＜0.1，在總的工作溫度范圍上也確保了氣密性。
例如在下述的、通過膨脹組表征的材料的對應關系，在根據圖5的連接系統(tǒng)1的實施例的應用中，至少在用于各個彼此需連接的組件的連接區(qū)域中得到例1-由具有在CTE＝3.5至5.5ppm/K的范圍中膨脹的材料制成的第一或者第二組件的實施例，和具有在CTE＝1.3至3.5ppm/K的范圍中膨脹的材料制成的第二或者第一組件的實施例。
用于各個組件2、3連接的材料的舉例a)第一或者第二組件，優(yōu)選的是組件2由玻璃，例如Schott公司標識的8228型，第二或者第一組件，優(yōu)選的是組件3由KOVAR制成。
圖6、7、8、10和11、12示出了根據圖1至圖4中任一個圖例的實施例，其中空心體4在徑向方向上的膨脹在兩側受到限制。此外，基盤6設計為帶有凹槽或者槽25。該槽25在基盤6的外部直徑dA6的區(qū)域中設置，并且以與外部圓周dA6一定間距環(huán)形地走向。根據實施例，特別是槽25的尺寸確定，通過形狀配合或者通過材料連接和形狀配合的連接實現連接系統(tǒng)1中的各個部件之間的連接。
圖6示出了空心體4連接到基盤6的實施例，這借助于材料連接通過焊接環(huán)15，以及至少在高溫狀態(tài)下基于各個組件2、3的膨脹的形狀配合實現。因此，槽25通過深度t25和寬度b25表征，其確保在常溫狀態(tài)下利用空心體4的內側面和外側面平坦地抵靠在槽25中以及抵靠在內部和外部槽壁26、27上，并且此外容納焊接環(huán)15。因此該深度t25優(yōu)選為寬度b25的0.5至5倍或者焊接環(huán)厚度D的1.5至3倍。該寬度b25在連接區(qū)域中對應于空心體4的壁12的厚度的0.01％至1％的范圍的容差。
在該實施例中，各個組件2、3和焊接材料的膨脹系數彼此協(xié)調，其中CTEH～CTEB～CTELOT相對應。
例如根據圖6連接系統(tǒng)1的實施例中，至少在連接區(qū)域，得到下面的材料組合應用于各個相互要連接的組件例1-由具有CTE在4和0ppm/K之間的漸變系數材料制成的第一或者第二組件的實施例，和由此具有在CTE＝3.5至5.5ppm/K的范圍中膨脹的材料制成的連接的組件的實施例。
例2-具有在CTE＝3.5至5.5ppm/K的范圍中膨脹的材料制成的兩個組件的實施例。
用于各個組件2、3連接的材料的舉例a)第一或者第二組件，優(yōu)選的是組件2由部分陶瓷化的LAS-玻璃陶瓷制成，第二或者第一組件，優(yōu)選的是組件3由合金42制成。
b)第一或者第二組件，優(yōu)選的是組件2由MAS-玻璃陶瓷制成，第二或者第一組件，優(yōu)選的是組件3由KOVAR或合金42制成。
與此相對，圖7示出了根據圖6的無需焊接材料的實施例。在這種情況下，各個組件2、3的連接單獨通過根據在加熱和冷卻時起主要作用的應力狀態(tài)或負壓條件，利用形狀配合來產生。連接系統(tǒng)1的基本構造，特別是各個組件2、3對應于在圖1中的描述，其中在空心體4的端面14和在基盤6上的端面7之間沒有提供焊接材料，兩個面彼此抵靠。該連接單獨通過形狀配合實現。前提在于，即應用要連接的組件之間的幾乎同樣的熱膨脹的材料，這就是說CTEH～CTEB。
因此，槽25容納空心體4的壁12。徑向指向的槽壁26、27同樣在低溫狀態(tài)下利用空心體4的外側面21和內側面20形成了作用面對13和13′。空心體4的端面14抵靠在槽底28上。然后，在加熱時，壓力施加到空心體4的壁12上。
例如根據圖7的連接系統(tǒng)1的實施例中，至少在連接區(qū)域，得到下面的材料組合應用于各個相互要連接的組件例1
-由具有CTE在0和1.3ppm/K之間的熱膨脹的零膨脹或者低膨脹的材料制成的第一或者第二組件的實施例。
用于單個的組件2、3連接的材料的舉例a)由硅玻璃制成第一和第二組件。
與此相對，圖8示出了根據圖6的實施例，其具有兩側的槽17、17′和焊接環(huán)15。因此槽25通過在低溫狀態(tài)下的寬度b25表征，該寬度在這個溫度狀態(tài)下大于空心體4的壁12的壁強度幾個百分比。因此在低溫狀態(tài)下，內側面20和由凸起部8形成的作用面9之間形成第一徑向縫隙17，該作用面對應于徑向內部的槽壁27，并且在空心體4的外側面21和徑向外部的槽壁26之間形成第二縫隙17′。因此空心體4沒有利用其端面14抵靠在槽底29上，而是通過焊接環(huán)15與該槽底連接。因此焊接環(huán)15同樣至少部分地垂直于徑向方向填充縫隙17和17′。
根據圖8的實施例同樣允許具有應用不同熱膨脹系數的材料的。該差異通過焊接材料來補償。因此CTEH≤CTEB，其中CTELot≤CTEB或者CTELot≥CTEB。
該連接總是材料連接地實現。附加地，可以在高溫狀態(tài)下根據相互連接的組件的尺寸產生形狀配合。
例如根據圖8的連接系統(tǒng)1的實施例中，至少在連接區(qū)域，得到下面的材料組合應用于各個相互要連接的組件例1
-由具有CTE在4和0ppm/K之間的漸變系數材料制成的第一或者第二組件的實施例，和具有在CTE＝3.5至5.5ppm/K的范圍中膨脹的材料制成的連接的組件的實施例。
用于單個的組件2、3連接的材料的舉例a)第一或者第二組件，優(yōu)選的是組件2由部分陶瓷化的LAS玻璃陶瓷制成和第二或者第一組件，優(yōu)選的是組件3由合金42制成。
圖9示出了根據圖8的實施例，其具有圓形的槽底結構。通過彎曲構成的槽底29′和與此相應的優(yōu)選地到槽壁26、27的過渡的同樣彎曲的結構來均勻分配應力?？招捏w4的端面14匹配于槽底29的結構，這就是說同樣設計為圓形的。鑒于熱膨脹，用于圖8的同樣的給出值適用于各個組件的材料的選擇。
該連接總是材料連接地實現。附加地，形狀配合能夠在高溫狀態(tài)下根據相互連接的組件的尺寸來產生。
例如根據圖9連接系統(tǒng)1的實施例中，至少在連接區(qū)域，得到下面的材料組合應用于各個相互要連接的組件例1-由具有CTE在4和0ppm/K之間的漸變系數材料制成的第一或者第二組件的實施例，和具有在CTE＝0至1.3ppm/K的范圍中膨脹的材料制成的連接的組件的實施例。
用于各個組件2、3連接的材料的舉例
-第一或者第二組件，優(yōu)選的是組件2由部分陶瓷化的LAS玻璃陶瓷hQMK制成和第二或者第一組件，優(yōu)選的是組件3由LAS玻璃陶瓷制成。
與此相對，圖10示出了根據圖7的實施例，其具有在凸起部8和空心體4的內部圓周20之間的單側縫隙17。該縫隙在空心體4和凸起部8之間環(huán)形地走向。
例如在下述的、通過膨脹組表征的材料的對應關系，在根據圖10的連接系統(tǒng)1的實施例的應用中，至少在用于各個彼此要連接的組件的連接區(qū)域中得到例1-由具有在CTE＝1.3至3.5ppm/K的范圍中膨脹的材料制成的第一或者第二組件的實施例，和由此具有在CTE＝5.5至9.0ppm/K的范圍中膨脹的材料制成的第二或者第一組件的實施例用于各個組件2、3連接的材料的舉例a)第一或者第二組件，優(yōu)選的是組件2由過渡玻璃8228制成和第二或者第一組件，優(yōu)選的是組件3由DUMET制成。
在根據圖11和圖12的另一個實施例中，基盤6熱縮到以燈泡容器的形狀的空心體4上。燈泡容器具有例如零熱膨脹，該基盤6由負膨脹的金屬合金組成?；P6具有在圓周方向上的，這就是說，環(huán)狀縫隙的形狀的、以一定的間距到基盤6的外部圓周環(huán)形走向的槽25，該環(huán)狀縫隙的開口寬度，這就是說寬度b25大于空心體4的壁12的厚度，從而在壁12和基盤6上的凸起部8的外部圓周之間產生單側的縫隙17。環(huán)形縫隙的外部直徑dA25匹配于盤材料的熱膨脹，從而在燈泡的工作溫度時，該直徑精確地符合于空心體4的外部直徑dA4，特別是符合燈泡容器的外部直徑。在常溫時，基盤擋板30施加壓力到燈泡容器，并且由此氣密。如果為了能夠實現更大的生產容差，該容差不能再確保收縮連接的氣密性，那么可以額外地引入焊接環(huán)15。為了接收通過收縮形成的壓力，不僅基盤6的擋板30而且還有燈泡容器、即空心體4必須具有材料蓋，該材料蓋通過所應用的材料的CTE的不同而確定，并且可被技術人員容易的計算出。
如果在根據圖10的實施例中，在低溫范圍幾乎不接受應力，那么與此相反，在根據圖11的實施例中，壓力通過收縮施加在空心體4上。在高溫范圍中，在圖10中的空心體在槽的區(qū)域中處于壓力應力下，在圖11中的空心體幾乎不受到應力。
例如在下述的、通過膨脹組表征的材料的對應關系，在根據圖11或圖12的連接系統(tǒng)1的實施例的應用中，至少在用于各個彼此要連接的組件的連接區(qū)域中得到例如-由具有在CTE＝0至1.3ppm/K的范圍中膨脹的材料制成的第一或者第二組件的實施例，和具有在CTE＝3.5至5.5ppm/K的范圍中膨脹的材料制成的第二或者第一組件的實施例用于連接各個組件2、3的材料舉例a)第一或者第二組件，優(yōu)選的是組件2由帶有高石英混合晶相的LAS玻璃陶瓷制成，第二或者第一組件，優(yōu)選的是組件3由KOVAR或者合金42制成。
b)第一或者第二組件，優(yōu)選的是組件2由硅玻璃制成，第二或者第一組件，優(yōu)選的是組件3由KOVAR或者合金42制成。
符號說明1 連接系統(tǒng) 2 第一組件3 第二組件 4 空心體5 形的部件 6 基盤7 在基盤上的指向空心體的端面8 凸起部9 作用面10作用面11內部圓周 12壁13作用面對 14端面15焊接環(huán)16平面區(qū)域17縫隙 18第一端部區(qū)域19第二端部區(qū)域 20內側面21外側面22平面區(qū)域23過渡區(qū)域 24外部圓周25槽26槽壁27槽壁 28槽底29彎曲設計的槽底30擋板da在基盤上凸起部的外部直徑di空心體的內部直徑dA6 基盤的外部直徑dA4 空心體的外部直徑b25 寬度t25 深度
權利要求
1.一種連接系統(tǒng)(1)，其包括至少兩個組件，第一組件(2)和第二組件(3)，其中至少一個部分地、優(yōu)選地是全部地由玻璃或玻璃陶瓷構成，所述兩個組件(2、3)在連接區(qū)域中通過焊接材料(15)以材料連接的方法互相連接；其特征在于所述焊接材料是無機的、玻璃基的；通過所述材料連接而實現的連接是氣密的并且直至溫度≥350℃是溫度穩(wěn)定的，優(yōu)選地是溫度≥450℃。
2.一種連接系統(tǒng)(1)，其包括至少兩個組件，第一組件(2)和第二組件(3)，其中至少一個部分地、優(yōu)選的是全部地由玻璃或玻璃陶瓷構成，其特征在于，所述組件(2、3)至少在T≥50℃的高溫范圍內在連接區(qū)域中通過連接機構來連接，所述連接機構通過應力狀態(tài)在相互要連接的所述組件上產生。
3.根據權利要求2所述的連接系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述組件(2、3)中的一個由具有開口的空心體(4)構成，并且所述組件(3、2)中的另一個由用于開口的連接部件構成，并且在所述兩個組件(2、3)之間提供負壓。
4.根據權利要求2或3所述的連接系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述連接機構包括在所述兩個組件(2、3)之間的形狀配合。
5.根據權利要求4所述的連接系統(tǒng)(1)，其特征在于，在所述組件(2、3)形成的作用面之間產生形狀配合。
6.根據權利要求2至5中任一項所述的連接系統(tǒng)(1)，其特征在于，實現無需焊接材料的連接。
7.根據權利要求2至5中任一項所述的連接系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述兩個相互要連接的組件(2、3)附加地采用材料連接的方法連接。
8.根據權利要求7所述的連接系統(tǒng)(1)，其特征在于，材料連接包括焊接連接，其中焊接材料(15)是無機的、玻璃基的，并且通過材料連接實現氣密的并且直至溫度≥350℃是溫度穩(wěn)定的，優(yōu)選地是溫度≥450℃的連接。
9.根據權利要求4至8中任一項所述的連接系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述相互要連接的組件(2、3)通過熱膨脹來產生形狀配合。
10.根據權利要求9所述的連接系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述相互要連接的組件(2、3)在連接區(qū)域中具有作用面(9、10)，其幾何形狀和尺寸這樣來設計，即至少在高溫范圍內形成過渡匹配或擠壓匹配。
11.根據權利要求9或10所述的連接系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述相互要連接的組件(2、3)在連接區(qū)域中具有所述作用面(9、10)，其幾何形狀和尺寸這樣來設計，即至少在低溫范圍內形成過渡匹配或擠壓匹配。
12.根據權利要求1至11中任一項所述的連接系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述第一和第二組件(2、3)由具有相同熱膨脹系數(CTE)的材料構成。
13.根據權利要求12所述的連接系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述第一和第二組件(2、3)由具有熱膨脹系數(CTE)為0≤CTE20/300≤1.3ppm/K的零膨脹或低膨脹的材料構成。
14.根據權利要求12所述的連接系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述第一和第二組件(2、3)由具有熱膨脹系數(CTE)為0≤CTE20/300≤5ppm/K的漸變系數材料構成，其中后一個作用面是低膨脹的或者零膨脹的。
15.根據權利要求12所述的連接系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述第一和第二組件(2、3)由具有膨脹系數(CTE)為1.3ppm/K≤CTE20/300≤3.5ppm/K的材料構成。
16.根據權利要求12所述的連接系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述第一和第二組件(2、3)由具有膨脹系數(CTE)為3.5ppm/K≤CTE20/300≤5.5ppm/K的材料構成。
17.根據權利要求12所述的連接系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述第一和第二組件(2、3)由具有熱膨脹系數(CTE)為0ppm/K≤CTE20/300≤5ppm/K的漸變系數材料構成，其中后一個作用面是高膨脹的，例如CTE20/300～4.0ppm/K。
18.根據權利要求12所述的連接系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述第一和第二組件(2、3)由具有膨脹系數(CTE)為5.5ppm/K≤CTE20/300≤9ppm/K的材料構成。
19.根據權利要求1至11所述的連接系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述第一和第二組件(2、3)由具有不同熱膨脹系數(CTE)的材料構成。
20.根據權利要求19所述的連接系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述第一或第二組件(2、3)由具有熱膨脹系數(CTE)為0≤CTE20/300≤1.3ppm/K的零膨脹或低膨脹的材料構成。
21.根據權利要求19或20所述的連接系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述第一或第二組件(2、3)由具有熱膨脹系數(CTE)為0ppm/K≤CTE20/300≤5ppm/K的漸變系數材料構成，其中后一個作用面是低膨脹的，例如零膨脹的。
22.根據權利要求19至21中任一項所述的連接系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述第一或第二組件(2、3)由具有膨脹系數(CTE)為1.3ppm/K≤CTE20/300≤3.5ppm/K的材料構成。
23.根據權利要求19至22中任一項所述的連接系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述第一或第二組件(2、3)由具有膨脹系數(CTE)為3.5ppm/K≤CTE20/300≤5.5ppm/K的材料構成。
24.根據權利要求19至23中任一項所述的連接系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述第一或第二組件(2、3)由具有熱膨脹系數(CTE)為0ppm/K≤CTE20/300≤5ppm/K的漸變系數材料構成，其中后一個作用面是高膨脹的，例如CTE20/300～4.0ppm/K。
25.根據權利要求19至24中任一項所述的連接系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述第一或第二組件(2、3)由具有膨脹系數(CTE)為5.5ppm/K≤CTE20/300≤9ppm/K的材料構成。
26.根據權利要求1至25中任一項所述的連接系統(tǒng)(1)，其特征在于所述第一組件(2)設計成所述空心體(4)以及所述第二組件(3)設計成盤形部件(5)；所述盤形部件(5)在其指向所述空心體(4)的面上具有至少一個設計成盤形或環(huán)形的凸起部(8)。
27.根據權利要求26所述的連接系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述凸起部(8)設置在所述盤形部件(5)的中間區(qū)域中，并且所述空心體(4)的內部圓周(20)在連接區(qū)域中具有相同或大于所述凸起部(8)的外部圓周的直徑。
28.根據權利要求27所述的連接系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述凸起部(8)的外部圓周的至少一部分區(qū)域和所述空心體(8)上指向所述盤形部件的一個面或多個面設計為在所述空心體(4)，特別是內部圓周(20)上的，以及指向所述盤形部件的端面的至少可間接相互連接的作用面(9、10)。
29.根據權利要求27至28中任一項所述的連接系統(tǒng)(1)，其特征在于，在低溫狀態(tài)中，在所述空心體(4)和所述凸起部(8)的外部圓周之間設置環(huán)形的縫隙。
30.根據權利要求25至29中任一項所述的連接系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述凸起部作為環(huán)形的凸起部在所述盤形部件的外部圓周的區(qū)域中實現，并且所述空心體(4)的內部直徑或外部直徑在連接區(qū)域中相同或大于所述環(huán)形凸起部的外部直徑，或者所述空心體(4)的外部直徑在連接區(qū)域中相同或小于所述環(huán)形凸起部的內部直徑。
31.根據權利要求30所述的連接系統(tǒng)(1)，其特征在于，在低溫狀態(tài)中，在所述空心體(4)和所述凸起部(8)之間設置縫隙(17)。
32.根據權利要求30或31所述的連接系統(tǒng)(1)，其特征在于，在提供的所述兩個凸起部中形成槽口或凹槽時，所述凸起部通過相對于所述盤形部件(5)上的端面的相同或不同的高度來表征。
33.根據權利要求25至32中任一項所述的連接系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述空心體(4)設計為一側開放的管殼。
34.根據權利要求25至32中任一項所述的連接系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述空心體(4)設計為管形的部件。
35.根據權利要求1或8所述的連接系統(tǒng)(1)，其特征在于，Pb-硼酸鹽復合玻璃作為焊接材料(15)來使用。
36.根據權利要求1或8所述的連接系統(tǒng)(1)，其特征在于，Bi-Zn-硼酸鹽復合玻璃作為所述焊接材料(15)來使用。
37.根據權利要求1或8所述的連接系統(tǒng)(1)，其特征在于，磷酸鹽基的復合玻璃作為所述焊接材料(15)來使用。
38.一種用于制造根據權利要求1至8中任一項所述的連接系統(tǒng)(1)的方法，其特征在于，相互要連接的組件(2、3)在其位置中相互定位，其中焊接材料(15)設置在連接面之間并且焊接過程通過以下方法來實現a)加熱，例如通過熱輻射器b)通過短波紅外線(kIR)c)通過激光熔化d)通過高頻加熱
39.一種用于制造根據權利要求2所述的連接系統(tǒng)(1)的方法，其特征在于，在組件(2、3)之間形成的空腔中抽真空。
40.一種用于制造根據權利要求4至37中任一項所述的連接系統(tǒng)的方法，其特征在于，在連接區(qū)域中產生形狀配合，起到幾何形狀尺寸和/或材料選擇的作用。
41.一種發(fā)光裝置，其特征在于，發(fā)光裝置包括根據權利要求1至37中任一項所述的連接系統(tǒng)(1)。
42.根據權利要求41所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述發(fā)光裝置是溫度輻射器。
43.根據權利要求42所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述溫度輻射器是白熾燈或鹵素放射體。
44.根據權利要求43所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述溫度輻射器的主要的光線發(fā)射由鎢金屬或鎢合金構成的發(fā)熱的燈絲來實現，所述燈絲由保護氣體，特別是由氪氣、氬氣、氙氣或鹵化物包裹。
45.根據權利要求41至43中任一項所述的發(fā)光裝置，其特征在于，工作時，在所述發(fā)光裝置的殼體的內部中在工作中構成直至25bar的氣體內部壓力。
46.根據權利要求41所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述發(fā)光裝置是放電燈。
47.根據權利要求46所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述放電燈包括放電空間，并且所述放電空間通過放電材料，如水銀和/或稀土元素和/或氙氣來填充。
48.根據權利要求45到47中任一項所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述放電空間包圍一個放電體。
49.根據權利要求47或48所述的發(fā)光裝置，其特征在于，在所述殼體的內側上涂覆有熒光層，其用于把放電過程的紫外線部分、特別是水銀的紫外線部分轉化為可見光。
50.根據權利要求45至49中任一項所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述殼體包括所述填充氣體，并且所述填充氣體處于直至200bar或高于200bar的壓力下。
51.根據權利要求46所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述發(fā)光裝置是金屬鹵素放電燈。
52.根據權利要求46所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述發(fā)光裝置包括外部管殼，在其之中插入了燒嘴系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種連接系統(tǒng)及制造連接系統(tǒng)的方法和發(fā)光體。根據本發(fā)明的兩個相互需連接的組件之間的連接，其中至少一個組件至少部分地、優(yōu)選地是完全由玻璃或玻璃陶瓷構成，也就是說，由一種玻璃基的材料組成，其基本上可通過接下來的敘述的可能的方法來獨立生產1)通過應用無機的玻璃基焊接材料的材料連接，或者2)通過至少在高溫范圍中使用的拉伸應力狀態(tài)和/或壓力應力狀態(tài)下的無需焊接材料的封閉機構。根據特別有利的實施例，兩種可能的方法相互進行組合，其中在這種情況下使用到焊接材料。
文檔編號C04B37/04GK1939876SQ20061012713
公開日2007年4月4日 申請日期2006年9月5日 優(yōu)先權日2005年9月30日
發(fā)明者烏爾里希·珀什爾特, 特洛·薩考, 羅爾特·博薩萊, 約恩·貝辛格, 迪爾克·施普倫格, 庫爾特·納特爾曼, 范·埃爾斯特 亨克 申請人:肖特股份公司