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Verfahren zum Herstellen von aus Glas gefertigten, an einem Ende geschlossenen hohlen Körpern, insbesondere zum Herstellen von Kolben von Entladungsröhren, und Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und ein Werkzeug zum Herstellen von hohlen
Formkörpern aus Glas, welche an einem Ende geschlossen sind, insbesondere zum Herstellen von Kolben für Entladungsröhren, wobei die Innenabmessungen des Kolbens mit möglichst grosser Genauigkeit eingehalten werden können und wobei die Formkörper an ihrem Domteil eine vorbestimmte Krümmung und eine gleichmässige Wandstärke aufweisen.
Eine hohe Genauigkeit der Innenabmessungen der Kolben von Entladungsröhren ist deshalb notwendig, da die genaue Lage des Elektrodensystems in bezug auf die Innenwand des Kolbens im allgemeinen mit Hilfe von aus einem Isolierstoff hergestellten Zentrierscheiben erfolgt. Zwecks leichteren Einsetzens und genaueren Aufliegens der Zentrierscheibe auf die innere Kolbenwand ist es erwünscht, dass mindestens an jenen Stellen des Kolbens, an welchen die Zentrierscheiben aufliegen, der innere Durchmesser des Kolbens mit einer möglichst geringen Toleranz hergestellt wird, also ein genaues Mass aufweist.
Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung von Kolben für Entladungsröhren wird die Genauigkeit des Aussenmasses des Kolbens dadurch gesichert, dass man den Kolben bis zum plastischen Zustand des Glases erhitzt, sodann den Kolben in eine hohle Form einsetzt und mit Hilfe eines inneren Überdruckes den Kolben an die Innenwand der besagten Form andrückt. Mit diesem Verfahren kann zwar erreicht werden, dass die Aussenfläche des abgekühlten Kolbens in bezug auf Form und Abmessungen mit der Form und den Abmessungen der Ausnehmung der Form übereinstimmt, jedoch besteht ein Nachteil dieses Verfahrens darin, dass mit demselben keine genauen Innenmass des Kolbens erreicht werden können, welcher Nachteil insbesondere bei Elektronenröhren kleiner Abmessung Schwierigkeiten verursacht.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass man die Form aus zwei Teilen herstellen und, um den Kolben aus der massgenauen Form herausnehmen zu können, die die Ausnehmung der Form begrenzenden Flächen mit einem Schmiermittel versehen muss. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass zum Durchführen dieses Verfahrens eine komplizierte Vorrichtung notwendig ist.
Bei einem anderen bekannten Verfahren wird nur ein Abschnitt der inneren zylindrischen Kolbenwand mit genauem Durchmesser hergestellt. Bei diesen Verfahren wird der Kolben über sein offenes unteres Ende auf einen Dorn aufgesetzt, der in Richtung achsialer Flächen unterteilt ist, wobei das untere offene Ende des Kolbens vom äusseren Luftraum mit Hilfe eines besonderen Mittels abgedichtet wird. Der Dorn besteht demnach aus in radialer Richtung bewegbaren Segmenten, welche mit Hilfe eines im Inneren des Dornes vorgesehenen Organs in radialer Richtung gespreizt werden können. Das Höchstausmass des Spreizens wird bei dieser Anordnung durch die Segmente umgebende Ringe bestimmt.
Der Kolben wird auf den, aus den vorher gespreizten Segmenten bestehenden Dorn derart aufgesetzt, dass das untere offene Ende des Kolbens in ein die Abdichtung besorgendes Organ genau eingesetzt werden kann. Diese mechanische Abdichtung sichert das Abschliessen des Innenraumes des Kolbens gegenüber dem äusseren Raum. Sodann wird jener Abschnitt des Kolbens, der mit einem genauen Innenmass ausgebildet werden soll, bis zum Erreichen des plastischen Zustandes des Glases erhitzt, sodann das Innere des Kolbens unter Vakuum gesetzt, so dass sich der erhitzte Abschnitt des Kolbens an den Dorn anschmiegt. Die Segmente des Dornes werden sodann durch eine Feder in radialer Richtung einander genähert, so dass der Durchmesser des Dornes sich verringert und der Kolben vom Dorn abgezogen werden kann.
Dieses Verfahren weist die Nachteile auf, dass nur ein Teil der Innenwand des Kolbens auf das gewünschte genaue Mass gebracht und der Dom des Kolbens mit diesem Verfahren nicht verformt werden kann. Das Abziehen des Kolbens, welcher sich von der dem plastischen Zustand zugeordneten Temperatur noch kaum abgekühlt hat, kann im Inneren des Kolbenkörpers Spannungen erzeugen, die während des Montierens des Kolbens oder während des Betriebes der Röhre zu Brüchen
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führen können. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass der Aufbau des Domes verwickelt ist und zum Abdichten ein besonderes Organ vorgesehen werden muss, welches das Auf- setzen und das Abziehen des Kolbens erschwert.
Für die Herstellung von rohrförmigen Glas- körpern ist auch bereits ein Verfahren bekannt geworden, gemäss welchem ein vorgeformter, nur an einem Ende offener, hohler Glaskörper über einen aus einem Stück bestehenden starren Dorn von unverändertem Durchmesser gesteckt wird. Hierauf wird der Glaskörper von aussen durch Erhitzen erweicht und die zwischen dem Glaskörper und dem Dorn befindliche Luft durch eine an das offene Ende des Glaskörpers angeschlossene Pumpe evakuiert, so dass sich der jeweils erhitzte Teil des Glaskörpers unter Einfluss des äusseren Luftdruckes an den Dorn anschmiegt. Hiebei wird mit der Erhitzung am geschlossenen Ende des Glaskörpers begonnen und allmählich gegen das offene, an die Vakuumpumpe angeschlossene Ende fortgesetzt.
Mit diesem Verfahren lassen sich zwar Rohre mit genauem Innendurchmesser, jedoch nicht Kolben von Entladungsröhren erzeugen, welche im Domteil eine vorbestimmte Krümmung und eine gleichmässige Wandstärke aufweisen, da der äussere Luftdruck nicht in genügender Weise auf den Domteil zur Wirkung gebracht werden kann.
Das erfindungsgemässe Verfahren, mit welchem die oben geschilderten Nachteile vermieden werden können, besteht im wesentlichen darin, dass das offene Ende des vorgeformten und an seinem anderen Ende geschlossenen hohlen Körpers vor und bzw. oder während der Erzeugung des Vakuums so lange erhitzt wird, bis das offene Ende sich an den Dorn auflegt und dadurch den Raum zwischen dem hohlen Körper und dem Dorn luftdicht abschliesst, sodann das Erhitzen von dem offenen Ende des hohlen Körpers ausgehend nach dem anderen Ende zu während der Aufrechterhaltung des Vakuums durch Absaugen der Luft durch den im geschlossenen Ende des hohlen Körpers liegenden Domteil des Domes fortgesetzt wird.
Der bei dem erfindungsgemässen Verfahren verwendete Dorn weist eine Oberfläche auf, welche mindestens entlang eines Abschnittes der inneren Kolbenwand genau auf das gewünschte Mass des Durchmessers dieses Teils des Kolbens gearbeitet ist. Der Dorn stellt hiebei einen aus einem Stück bestehenden starren Körper mit unveränderbarem Durchmesser dar. Es kann also die die innere Kolbenwand berührende Fläche des Domes nicht expandiert werden, wie es bei einer der oben beschriebenen bekannten Vorrichtungen der Fall ist, sondern es besteht der ganze Dorn aus einem starren Körper.
Der jeweils bis zum Erweichen erhitzte Teil des Kolbens legt sich unter der Einwirkung des atmosphärischen Druckes auf die Oberfläche des Dornes. Da im Sinne der Erfindung zuerst der untere offene Teil des Kolbens erhitzt wird, legt sich unter der Einwirkung des erzeugten
Vakuums zunächst dieser untere Teil dicht an die gegenüberliegende Oberfläche des Dornes an, wodurch der Raum zwischen dem übrigen
Teil des Kolbens und dem Dorn der Aussenluft gegenüber abgeschlossen wird. Sodann wird das
Erhitzen entlang des Kolbens vorzugsweise während der Drehung des Dornes nach auf- wärts fortgesetzt, wobei sich die Kolbeninnen- wand kontinuierlich an die Aussenwand des
Dornes anschmiegt. Sodann wird das Evaku- ieren abgestellt, der Dorn durch in demselben ausgebildete, mit dem äusseren Luftraum in
Verbindung stehende Räume abgekühlt und der
Kolben von aussen gekühlt.
Da sich hiebei der
Dorn stärker zusammenzieht als der Kolben, kann der fertige Kolben von dem gekühlten
Dorn leicht abgezogen werden. Nach Abnahme des Kolbens vom Dorn wird dann der untere Teil des Kolbens, welcher nur den Zweck hat, die Aufrechterhaltung des Vakuums während der Verformung des höher liegenden Teils des Kolbens zu ermöglichen, abgeschnitten. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass nunmehr sowohl ein genauer Innendurchmesser des Kolbens eingehalten, als auch der Domteil des Kolbens mit genauer Wandstärke und vorbestimmter Form hergestellt werden kann.
Diese Genauigkeit in der Herstellung des Domteiles kann noch dadurch gesteigert werden, dass im Rahmen d2s erfindungsgemässen Verfahrens die ganze innere Fläche des hohlen vorgeformten Körpers zum Aufliegen am Dorn mit zylindrischer oder konischer Aussenfläche unter dem Domteil gebracht wird, wobei man vor dem Erhitzen des offenen Endes des Kolbens und vor dem Erzeugen des Vakuums den Domteil des hohlen Körpers bis zur Erweichung und bis zum Anschmiegen desselben an den Domteil des Dornes erhitzt. Das Werkzeug zur Durchführung'des erfindungsgemässen Verfahrens kennzeichnet sich im wesentlichen durch eine Bohrung, deren eines Ende in den Domteil des auf das Werkzeug aufgesetzten Kolbens mündet und deren anderes Ende zum Ansetzen einer Vakuumleitung geeignet ausgebildet ist.
Zweckmässig ist hiebei die im Domteil mündende Bohrung des dornförmigen Werkzeuges über Nute zwecks Absaugen der Luft mit dem Raum zwischen dem Werkzeug und dem Kolben verbunden, wodurch sich eine besonders günstige Konstruktion ergibt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der schematischen Abbildungen erklärt. Fig. 1 zeigt den Dorn und den auf den Dorn aufgesetzten, zu verformenden Kolben im Längsschnitt. Fig. 2 zeigt denselben Längsschnitt, jedoch in einem Zustand, in welchem der untere Teil des Kolbens sich bereits an die
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Dornwand auflegt. Fig. 3 ist eine Draufsicht des Dornes.
Im angenommenen Beispiel stimmt der Durchmesser der Aussenfläche des Dornes in der ganzen Länge des Dornes mit dem Durchmesser der zylindrischen Innenfläche des herzustellenden Kolbens genau überein. Zwecks leichterer Herstellung des im Inneren des Dornes in Form eines konzentrischen Ringes ausgebildeten Kühlraumes 3 wurde die Achse 6 des Dornes als ein gesondertes Stück hergestellt.
Das obere Ende der Achse 6 hat zweckmässig einen Presssitz in der Bohrung 8 im oberen Teil des Dornes, wobei am unteren Ende zwischen der Achse 6 und der Wand des Dornes 1 Speichen 10 vorgesehen wurden, von welchen eine oder mehrere zweckmässig mit Hilfe einer Schraube 9 radial am unteren Ende des Dornes befestigt sind. Der Kühlraum 3 ist derart ausgebildet, dass er am unteren Ende des Dornes mit dem Aussenraum frei in Verbindung steht, so dass in den Raum 3 ein Kühlmittel leicht eingeführt werden kann. Durch die Ausbildung des Kühlraumes 3 im Innern des Dornes zwecks Ermöglichung der Kühlung des Dornes von innen her wird auch der Vorteil erreicht, dass der Dorn 1 eine kleinere Wärmeträgheit aufweist, folglich rascher erhitzt und rascher abgekühlt werden kann.
Im Inneren der Achse 6 ist eine durchgehende Bohrung 7 und im Dorn eine mit dieser Bohrung koaxiale Bohrung 5 vorgesehen.
Die Bohrung 5 mündet in den den Dom begrenzenden Teil 2 des Dornes. Die innere Bohrung 7 der Achse 6 ist mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Vakuumpumpe verbunden. Um den Raum 15 zwischen der Aussenwand des Dornes 1 und zwischen der zylindrischen Innenwand des Kolbens 13 mit der Bohrung 5 in Verbindung zu bringen, sind im Domteil des Dornes im angenommenen Beispiel vier Nuten 4 vorgesehen. Der Dorn besteht aus einer Legierung, deren Wärmeausdehnungszahl grösser ist als jene des den Kolben bildenden Stoffes, damit sich der Dorn beim Kühlen in einem grösseren Mass zusammenzieht als der Kolben, welche Legierung ferner bei den hier in Betracht kommenden Temperaturen von 500 bis 6000 C formbeständig und korrosionsbeständig ist. Zu diesem Zweck haben sich insbesondere z. B. Fe-Cu-Al, ferner Fe-Ni-Cr-Legierungen als vorteilhaft erwiesen.
Der Kolben wird mit seinem offenen Ende auf den Dorn 1 aufgesetzt, wobei sein innerer Durchmesser, wie aus Fig. 1 ersichtlich, etwas grösser ist, als der äussere Durchmesser de3 Dornes 1. Zunächst wird der Kolben 13 an seinem unteren Abschnitt 11 erhitzt, wobei man den Kolben 13 zusammen mit dem Dorn 1 mit Hilfe der Achse 6 dreht und gleichzeitig über die Bohrungen 7 und 5, ferner die Nuten 4 eine Saugwirkung im Raum 15 zwischen der Innenwand des Kolbens und der Aussen- wand des Dornes erzeugt. Die Temperatur des
Erhitzens wird entsprechend der Erweichungs- temperatur des Stoffes des Kolbens eingestellt.
Sobald das untere Ende 11 des Kolbens sich entsprechend erweicht hat, wird dieser Teil durch den atmosphärischen Druck an die gegen- überliegende äussere Fläche des Dornes 1 ange- drückt und schmiegt sich derart an diesen
Flächenabschnitt des Domes an, dass hiedurch der Raum 15 zwischen dem Dorn und dem
Kolben vom Aussenraum luftdicht abgeschlossen ist. Das Erhitzen wird sodann entlang des
Kolbens nach oben fortgesetzt, u. zw. bis zu einer beliebigen Höhe. Jeder erweichte Ab- schnitt der Kolbenwand schmiegt sich hiebei dicht an die äussere Fläche des Dornes an. Auf diese Weise erhält man den gewünschten inneren Kolbendurchmesser. Soll dieser Durchmesser in der ganzen Länge des Kolbens genau hergestellt werden, so erfolgt das Erhitzen des Kolbens in seiner ganzen Länge.
In diesem letzteren Fall hat es sich jedoch zwecks Herstellung einer gleichmässigen Wandstärke am Domteil des Kolbens und zwecks Gewinnens einer glatten inneren Oberfläche vor der Erhitzung des unteren Kolbenendes 11, also vor dem dichten Abschliessen dieses Endes als zweckmässig erwiesen, einen zwischenliegenden Verfahrensschritt einzuschalten. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Domteil des rohen Kolbens, wie es im allgemeinen der Fall ist, eine ungleichmässige Form aufweist und die am oberen Domende 2 des Dornes 1 ausgebildete Krümmung nicht einmal annähernd erreicht. Der Unterschied zwischen dem Domteil 14 des Kolbens 13 und dem Domteil 2 des Dornes 1 ist aus Fig. 1 ersichtlich.
Um die gleichmässige Verteilung des hier angehäuften Stoffes des Kolbens zu sichern bzw. die Faltung des Domteiles am fertigen Kolben zu vermeiden, wird noch vor dem Schliessen, also Erhitzen des unteren Teiles 11 bzw. vor der Erzeugung des Vakuums der Domteil des Kolbens während des Drehens des Dornes auf die Erweichungstemperatur erhitzt. Diese Erhitzung erfolgt in Richtung des Pfeiles 12 so lange, bis sich der Domteil 14 des Kolbens 13 in einem praktisch ausreichenden und in der Fig. 2 dargestellten Mass auf den Domteil 2 des Dornes anschmiegt. Erst nach diesem Verfahrensschritt wird dann der Abschnitt 11 des Kolbens erhitzt und dadurch das Abschliessen des Raumes 15 gegenüber dem Aussenraum durchgeführt.
Um Brüche zu vermeiden, muss der Kolben vor der Erhitzung seiner einzelnen Teile auf die Erweichungstemperatur in seiner ganzen Länge vorgewärmt werden.
Nachdem die Verformung des Kolbens auf die beschriebene Weise beendet ist, wird die Vakuumpumpe abgestellt und der Dom 1 durch die Einführung eines Kühlmittels in den Kühlraum 3, also von innen, und gleichzeitig auch
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der Kolben 13, z. B. durch Anblasen mit Luft, von aussen abgekühlt. Im Laufe dieses Abkühlungsvorganges zieht sich der Dom 1 stärker zusammen als der Kolben 13, so dass der fertige Kolben vom Dorn leicht abgezogen werden kann.
Der Dorn kann nicht nur mit einer zylindri- schen,. sondern z. B. auch mit einer konischen Form ausgebildet sein. Der Domteil kann nicht nur eine konvexe, wie im angenommenen Beispiel, sondern z. B. auch eine konkave oder ebene Oberfläche aufweisen. Um das Saugen ohne Schwierigkeiten durchführen zu können, ist besonders eine Domform vorteilhaft, bei welcher ein mit einem konvexen Rand umgebener zentraler Krater ausgebildet ist. In diesem Fall wird der Domteil 2 des Domes dementsprechend geformt.
Der Unterschied zwischen den Innendurchmessern der auf ein und demselben Dorn mit dem Verfahren nach der Erfindung hergestellten Kolben beträgt höchstens 0, 02 mm.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Herstellen von aus Glas gefertigten, an einem Ende geschlossenen hohlen Körpern mit vorbestimmtem Innendurchmesser, insbesondere zum Herstellen von Kolben von Entladungsröhren, bei welchem in das Innere des vorgeformten, nur an einem Ende offenen hohlen Körpers ein aus einem Stück bestehender starrer Dom mit unverändertem Durchmesser eingeführt und während des Drehens des Domes zusammen mit dem Hohlkörper zwischen der Wand des durch Erhitzen von aussen erweichten Glaskörpers und dem Dorn Vakuum erzeugt wird, so dass sich der jeweils erhitzte Teil des Kolbens an den Dorn anschmiegt, dadurch gekennzeichnet, dass das offene Ende des
1vorgeformten und an seinem anderen Ende geschlossenen hohlen Körpers vor und bzw.
oder während der Erzeugung des Vakuums solange erhitzt wird, bis das offene Ende sich an den Dorn auflegt und dadurch den Raum zwischen dem hohlen Körper und dem Dorn luftdicht abschliesst, sodann das Erhitzen von dem offenen Ende des hohlen Körpers ausgehend nach dem anderen Ende zu während der Aufrechterhaltung des Vakuums durch Absaugen der Luft durch den im geschlossenen Ende des hohlen Körpers liegenden Domteil des Dornes fortgesetzt wird.