AT146110B

AT146110B - Elektrodeneinführung für Vakuumentladungsapparate mit metallenem Vakuumgefäß, insbesondere für Quecksilberdampfgleichrichter.

Info

Publication number: AT146110B
Authority: AT
Inventors: Walter Lehmann
Original assignee: Walter Lehmann
Priority date: 1933-10-30
Filing date: 1934-10-22
Publication date: 1936-06-10

Description

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Eine betriebssichere Elektrodeneinführung für Vakuumentladungsapparate mit Metallgefäss ist sehr schwer herzustellen, insbesondere ist dies der Fall, wenn das Metallgefäss einer Formation mit 300-400 C unterworfen werden soll, um dauernd von der Pumpe getrennt werden zu können.

Es sind bereits einige Konstruktionen bekanntgeworden, die den zu stellenden Anforderungen wenigstens betrieblich annähernd gewachsen sind. Bei den bekannten Konstruktionen sind aber besondere Stützvorrichtungen erforderlich, um das besonders bei grösseren Stromstärken sehr erhebliche Gewicht der Elektroden aufzunehmen, da die eigentlichen vakuumdichten Verbindungen hiezu nicht in der Lage sind. Durch derartige, zur mechanischen Abstützung dienende Stützvorrichtungen werden aber die Kosten der Einführung erheblich erhöht.

Weiterhin sind Elektrodeneinführungen vorgeschlagen worden, bei denen das Gewicht der Elektroden unmittelbar durch einen mit dem Gefäss verbundenen Isolierkörper aus keramischem Material getragen wird. Es ist aber bisher noch nicht möglich gewesen, Verbindungen zwischen dem Isolierkörper und dem stromeinführenden Leiter bzw. den Gefässwandungen herzustellen, welche dauernd vakuumdicht bleiben und in der Lage sind, das Gewicht der Elektroden zu tragen, so dass man auf Elektrodeneinführungen dieser Art trotz ihrer grossen Einfachheit und der damit verbundenen Billigkeit verzichten musste. Die bisherigen Misserfolge sind in erster Linie darauf zurückzuführen, dass man für die miteinander zu verbindenden Teile nicht die richtigen Materialien bzw. ungeeignete Verbindungsmittel verwendete.

Gemäss der Erfindung wird nun eine hochvakuumdichte mechanisch widerstandsfähige und hitzebeständige Elektrodeneinführung dadurch erreicht, dass der das Gewicht der'einzuführenden Elektrode tragende Isolierkörper aus einem Steatitrohr besteht, dass ferner die mit dem Steatitrohr vakuumdicht zu verbindenden Metallteile, die z.

B. aus Legierungen von Nickel, Chrom, Vanadium mit Eisen-oder Chrom-Nickel-Legierungen bestehen, an dem Steatitrohr mit einer geschlossenen Haftfläche anliegen, deren Höhe in der Achsrichtung kleiner als ihr Durchmesser und die derart bemessen ist, dass die an den Verbindungsstellen auftretenden mechanischen Beanspruchungen ohne weitere Abstützung der Elektrode aufgenommen werden und dass schliesslich das Steatit mit den Metallteilen, deren Ausdehnungskoeffizient möglichst weitgehend mit dem des Steatit übereinstimmt oder etwas grösser ist, entweder durch einen Glas-oder Emailschmelzfluss mit einem möglichst gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie das Steatit oder durch einen Brenn- und Sinterprozess vakuumdicht verbunden ist.

Falls man, wie vorstehend angegeben, den Ausdehnungskoeffizienten der angrenzenden Metallteile etwas höher wählt als denjenigen des Steatitkörpers bzw. des Schmelzflusses, erzielt man eine Schrumpfwirkung, welche in gewissen Fällen die Dichtigkeit und Festigkeit der Verbindung fördert.

Die durchgeführten umfangreichen Versuche haben ergeben, dass sich durch das Zusammenwirken der erfindungsgemässen Merkmale eine Elektrodeneinführung herstellen lässt, bei welcher der Isolator tatsächlich in der Lage ist, das Gewicht der Elektroden ohne zusätzliche mechanische Abstützung zu tragen. Ausserdem ist auch die Einführung ohne weiteres in der Lage, hohe Temperaturen auszuhalten, ohne dass ein Undichtwerden oder Reissen der Verbindungsstelle eintritt.

Diese Eigenschaften machen die Elektrodeneinführung besonders geeignet für metallene Vakuumentladungsapparate, die dauernd

von der Pumpe getrennt betrieben werden sollen, da es bei Apparaten dieser Art erforderlich ist, das Gefäss bei der Entgasung auf Temperaturen in der Grössenordnung von 300 bis 400 zu erhitzen, um die in die Gefässwandungen und sonstigen Metallteile des Gefässes eingeschlossenen Gase auszutreiben.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass an einem rohrförmigen Isolierkörper aus keramischem Material an einem Ende an der Aussen-oder Innenseite ein Schliff, ein Schraubengewinde od. dgl. zum Befestigen des Isolierkörpers in der Gefässwandung und an dem andern Ende an der Innen-oder Aussenseite ebenfalls ein Schliff, ein Schraubengewinde od. dgl. zum Halten des stromeinführenden Leiters vorgesehen sind und dass zum Abdichten der Trennfugen diese an der Atmosphärenseite mit einem genügend temperaturbeständigen und vakuumdichten Dichtungsmittel, z. B. Zellen, Zellulosederivate, Kitte, Wachse oder andere organische Stoffe, bedeckt sind. Da bei dieser Ausführungsform die eigentliche Vakuumdichtung durch besonders elastische oder sogar plastische Dichtungsmittel erfolgt, können ausser Steatit auch andere Isolationsmaterialien, z. B.

Porzellan, verwendet werden.

Wird die Elektrodeneinführung für Apparate benutzt, die mit Quecksilberdampf arbeiten, also insbesondere für Quecksilberdampfgleichrichter, so ist es erforderlich, dass die mit dem Isolierkörper zu verbindenden Metallteile gegen Quecksilber widerstandsfähig sind oder einen gegen Quecksilber widerstandsfähigen Überzug erhalten.

An Hand der beiliegenden Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.

Die Fig. 1-3 stellen im Schnitt drei verschiedene Ausführungsformen einer Elektrodeneinführung gemäss der Erfindung dar.

1 ist der Hohlzylinder aus keramischem Material, u. zw. ist vorzugsweise Steatit zu verwenden.

Steatit hat gegenüber Porzellan den Vorteil höherer mechanischer Festigkeit, vor allem aber den Vorteil
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Eisensorten gleichkommt. Unter Steatit ist bekanntlich ein durch Brennen von Magnesiumsilikaten entstehendes keramisches Produkt zu verstehen ; als Ausgangsmaterial dient im allgemeinen Speckstein (Talcum).

In das obere Ende des Steatitzylinders 1 ist ein Ringflansch 2 aus Metall eingebettet. In ähnlicher Weise ist auf die Aussenseite des Steatitkörpers ein Metallring 3 aufgebracht. Die Ringe 2 und-3 bestehen aus einem Metall, dessen Ausdehnungskoeffizient mit demjenigen des Steatit möglichst nahe übereinstimmt. Es ist bekanntlich möglich, den in der Gegend von 11 bis 12 Millionstel pro Grad liegenden Ausdehnungskoeffizienten von reinem Eisen durch Zusätze von Nickel oder Chrom oder Vanadium auf Werte unter 10 Millionstel pro Grad herabzumindern. An Stelle eines dieser Zusatzmetalle können auch deren mehrere zur Herabminderung des Ausdehnungskoeffizienten dem Eisen zugesetzt werden.

An Stelle von Eisenlegierungen kann man ferner auch Legierungen von Chrom mit Nickel verwenden.

Wesentlich ist stets nur, dass durch die Legierung der Ausdehnungskoeffizient des Metalls in die Nähe des Ausdehnungskoeffizienten des verwendeten Steatitkörpers gebracht wird.

Der Steatitkörper 1 und die an ihn anschliessenden Metallringe 2 und 3 werden dadurch vakuumdicht miteinander verbunden, dass die Metallteile in die noch ungebrannte Steatitmasse eingebettet werden. Bei dem nachfolgenden Brennen tritt dann eine vakuumdichte Versinterung zwischen dem Steatit und den Metallteilen ein. Nachdem auf diese Weise der Steatitkörper mit den Ringflansehen Z und 3 vakuumdicht verbunden ist, wird der die Elektrode tragende stromeinführende Leiter 4 mit dem Ringflansch 2 verschweisst. Schliesslich wird der Ringflansch 3 mit der eigentlichen Gefässwandung 7 durch Schweissen vakuumdicht verbunden. Um das Verschweissen zu erleichtern, ist eine Schweissfuge 6 vorgesehen.

Die Stromzuführungsleitung wird in geeigneter Weise in der Bohrung 8 des Leiters 4 befestigt.

Bei der Ausführung gemäss der Fig. 2 erfolgt die Verbindung zwischen dem Steatitkörper 1 und den Metallringen 2 und 3 durch Einschmelzen eines Schmelzflusses 9 aus Glas oder Email. Ein derartiger Schmelzfluss lässt sich sehr gut mit dem Metall und dem fertiggebrannten Steatitkörper ver-
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Die Zwischenteile 2 und 3 sind bei den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungen deswegen vorgesehen, weil die Verbindung des Steatitkörpers mit den angrenzenden Metallteilen in einem besonderen Ofen vorgenommen werden muss, während die Schweissverbindung der Metallteile mit dem stromeinführenden Leiter bzw. den Gefässwandungen ohne weiteres an Ort und Stelle vorgenommen werden kann. Ausserdem können diese relativ kleinen Zwischenteile aus in bezug auf ihren Ausdehnungskoeffizienten günstigen Metallen wie Chrom-Nickel-Legierungen ohne grosse Mehrkosten hergestellt werden, während eine Herstellung des ganzen Gefässes aus derartigen Metallen praktisch ausgeschlossen ist.

In Fig. 3 ist der stromeinführende Leiter 4 von unten mittels des Gewindes 10 in den Isolierkörper 1 eingeschraubt. Für den Isolierkörper kann bei dieser Ausführung ausser Steatit auch anderes geeignetes Material, z. B. Porzellan, verwendet werden. In gleicher Weise ist der Isolierkörper 1 mittels des Aussengewindes 11 in die eigentliche Gefässwand 7 eingeschraubt. Da diese Schraubenverbindungen10, 11 zwar mechanisch genügend stark, aber nicht vakuumdicht sind, wird in die Aussparungen 12 und 13 eine vakuumdichte elastische Verbindungsmasse eingebracht. Als solches Dichtungsmittel eignen sich

beispielsweise Zellon, Zellulosederivate, Kitte, Wachse oder andere organische Körper, insbesondere solche, die durch Destillation in Vakuum gewonnen, einen besonders niedrigen Dampfdruck haben.

Um eine Erhitzung des gesamten Gefässes auf höhere Temperaturen, z. B. 300-400 C, bei der Formation vornehmen zu können, ohne die Verbindungsmasse in den Aussparungen 12 und 13 zu zerstören, sind in die Verbindungsmasse Kühlrohre 14 und 15, vorzugsweise Metallrohre, mit geringem Durchmesser eingesetzt, deren Enden 16 und 17 herausstehen und das Durchleiten einer Kühlflüssigkeit, z. B.

Wasser, ermöglichen. Hiedurch kann man die Temperaturen der vakuumdichten Verbindungsstellen so niedrig halten, dass trotz der Erhitzung des Gefässes auf 300-400'eine Zerstörung der Dichtungstellen nicht eintritt. Ausserdem kann der organischen Verbindungsmasse ein Metallpulver, z. B.

Aluminium-oder Kupferpulver, in fein verteiltem Zustand beigemengt werden, das die Wärmeableitung unterstützt.

Um eine geringe Wärmeableitung von dem stromeinführenden Leiter 4 bzw. von der eigentlichen Wand 7 des Vakuumgefässes zu den Kühlrohren 14 und 15 zu erhalten, empfiehlt es sich, den stromeinführenden Leiter 4 bzw. die eigentliche Gefässwand 7, sofern sie an die Verbindungsmasse 12 bzw. 13 angrenzt, dünnwandig auszubilden, wie die Flansche 18 und 19 zeigen. Die Stromeinführung zu dem stromeinführenden Leiter 4 erfolgt durch Einschweissen eines äusseren Stromleiters in die durch den Flansch 18 gebildete zylindrische Öffnung.

PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrodeneinführung für Vakuumentladungsapparate mit metallenem Vakuumgefäss, insbesondere für Quecksilberdampfgleichrichter, bei der ein mit den angrenzenden Metallteilen (stromeinführender Leiter und Gefässwandung) verbundener Isolierkörper das Gewicht der einzuführenden Elektrode unmittelbar trägt, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierkörper aus einem Steatitrohr besteht, dass ferner die vakuumdicht zu befestigenden Metallteile, die z.

B. aus Legierungen von Nickel, Chrom, Vanadium mit Eisen- oder Chrom-Nickel-L'3gierungen bestehen, an dem Steatitrohr mit einer geschlossenen Haftfläche anliegen, deren Höhe in der Achsrichtung kleiner als'irr Durchmesser und die derart bemessen ist, dass die an den Verbindungsstellen auftretenden mechanischen Beanspruchungen ohne weitere Abstützung der Elektrode aufgenommen werden und dass schliesslich das Steatit mit den Metallteilen, deren Ausdehnungskoeffizient möglictst weitgehend mit dem des Steatit übereinstimmt oder etwas grösser ist, entweder durch einen Glas-oder Emailschmelzfluss mit einem möglichst gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie das Steatit oder durch einen Brenn-und Sinterprozess vakuumdicht verbunden ist.

Claims

2. Elektrodeneinführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Aussen-und'/oder Innenseite des Steatitrohres je ein Ringflansch aus einem Metall mit dem gleichen oder annähernd gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie das Steatit durch Einfügen eines Glas-oder Emailflusses oder durch Einbrennen vakuumdicht befestigt ist und dass der eine Ringflansch mit den Gefässwandungen und der andere Ringflansch mit dem stromeinführenden Leiter z. B. durch Schweissen vakuumdicht verbunden ist.

3. Anwendung einer Elektrodeneinführung nach den vorhergehenden Ansprüchen bei einem Vakuumentladungsapparat mit einem Metallgefäss, das dauernd von der Vakuumpumpe abgetrennt und bei höheren Temperaturen (in der Grössenordnung von 300 bis 400 C) entgast worden ist.

4. Elektrodeneinführung für Vakuumentladungsapparate mit metallenem Vakuumgefäss, insbesondere für Quecksilberdampfgleichrichter, bei der das Gewicht der Elektroden unmittelbar durch einen mit dem Gefäss verbundenen Isolierkörper aus keramischem Material getragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass an einem rohrförmigen Isolierkörper aus keramischem Material, vorzugsweise Steatit, am einen Ende an der Aussen-oder Innenseite ein Schliff, ein Schraubengewinde od. dgl. zum Befestigen des Isolierkörpers in der Gefässwand und am andern Ende an der Aussen-oder Innenseite ebenfalls ein Schliff, ein Schraubengewinde od. dgl. zum Halten des stromeinführenden Leiters vorgesehen sind und dass zum Abdichten der Trennfuge diese an der Atmosphärenseite mit einem genügend temperaturbeständigen und vakuumdichten Dichtungsmittel, z. B.

Zellon, Zellulosederivate, Kitte, Wachse oder andere organische Stoffe, bedeckt sind.

5. Elektrodeneinführung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass den Dichtungsmitteln gut wärmeleitende Stoffe, z. B. Metallpulver, zugesetzt sind.