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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gasdichten Verbindung zwischen einem und einer in Form das aus einem temperaturfesten Werkstoff, z. B. Keramik, hergestellt wird, ein Draht aus dem Leitermetall in das Rohr eingesetzt wird und danach in demselben über seine Schmelztemperatur hinaus erhitzt wird.
Keramik oder Glas ist ein altbekanntes, hochwertiges Isoliermaterial für metallische elektrische Leiter. In der Regel wird der Leiter zum Zweck der Isolierung in ein Keramikrohr oder zur Wahrung der Flexiblität des Leiters in eine Vielzahl aneinander gereihter kurzer Keramikröhrchen oder Glasperlen eingesetzt.
Bisher wurde die gasdichte Verbindung zwischen Leiter und Isolierung stets so hergestellt, dass z. B. an der Austrittsstelle des Leiters aus der Isolierung eine gasdichte Versiegelung dieser Austrittsstelle angebracht wurde.
Der Nachteil dieses Standes der Technik ist, dass die gasdichte Verbindung Isolationswerkstoff/Leiter auf den relativ kleinen Bereich der Versiegelung beschränkt, und demgemäss die Gefahr des Entstehens von Undichtheiten, sei es bei der Herstellung oder beim Einsatz, z. B. durch Einwirken mechanischer Kräfte, gegeben ist.
Durch die CH-PS 493 440 wurde ein Verfahren zur Herstellung einer vakuumdichten, mechanisch festen Verbindung eines oxidkeramischen Isolierkörpers mit einem Metallkörper bekannt. Dabei wird das Material, aus welchem der Metallkörper gebildet sein soll und der Isolierkörper über die Schmelztemperatur des Metalls erhitzt und anschliessend das flüssige Metall in den Isolierkörper eingegossen ; der Metallkörper also durch einen Giessvorgang erzeugt.
Dabei ergibt sich einerseits der Nachteil, dass zum Schmelzen des Metalls ein eigener Behälter verwendet werden muss, andererseits können isolierte Leiter mit kleinen Durchmessern durch einen Giessvorgang nur relativ aufwendig bzw. überhaupt nicht hergestellt werden.
Weiters wurde durch die CH-PS 565 253 ein Verfahren zur Herstellung von mit Glas- oder Glaskeramik-Material überzogenen Metalldrähten bekannt. Dabei wird ein aus Glas oder Glaskeramik-Material bestehendes Rohr, welches einen Stab aus Metall umgibt, soweit erhitzt, dass das Metall schmilzt und das Rohr erweicht. Diese zum Teil erweichte und zum Teil erschmolzene Masse wird nun durch einen Zieh-und anschliessenden Abkühlvorgang zu einem isolierten Draht verarbeitet.
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Keramik bzw. Glas überzogenen Metalldrähten. Es wird ein von Glas bzw. Keramik umgebener Metallstab soweit erhitzt, bis das Metall schmilzt und das ihn umgebende Glas bzw. die Keramik erweicht. Anschliessend wird durch Ziehen und darauffolgendes Abkühlen ein isolierter Draht erzeugt.
Bei beiden Verfahren wird also ein Isolierwerkstoff verwendet, dessen Erweichungspunkt nur unwesentlich höher als der Schmelzpunkt des den Leiter bildenden
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Metalls liegt, sodass also eine Verformung beider Materialien möglich bzw. erwünscht ist. Zur
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einer werden soll.
Aufgabe der Erfindung ist vorstehend zu vermeiden und ein der erwähnten Art ein Erweichen und somit eine mögliche Verformung des Isolationsmaterials vermieden wird.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass als Rohrwerkstoff ein im Vergleich zum Draht-Leiterwerkstoff hochtemperaturfester Werkstoff ausgewählt wird.
Dadurch wird sichergestellt, dass die Isolation während des Schmelzvorganges des Leiter-Metalls vollständig in seiner festen Phase verbleibt und daher nicht verformt werden kann.
Es hat sich als einer der Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens ergeben, dass dieses unter Normalgasatmosphäre stattfinden kann. In manchen Fällen kann es jedoch zweckmässig sein, den Schmelzvorgang in einer Vakuumanlage oder unter Schutzgas gegebenenfalls unter Druck vorzunehmen.
Um möglichst eine Belegung der gesamten Innenfläche des Isolatorwerkstoffes mit dem erschmolzenen Metall zu erreichen, kann in Weiterbildung der Erfindung so vorgegangen werden, dass nach dem Erschmelzen des Leitermetalls Druck einwirken gelassen wird, vorgenommen wird und/oder Keramikrohr und Leiterdraht während des Schmelzvorganges bzw. nach dem Erschmelzen des Leitermetalls in Rotation um die Rohrachse gehalten werden.
Weiters kann vorgesehen sein, dass ein Metalldraht mit einer die Länge des als Isolator dienenden Rohres übersteigenden Länge in dieses eingeschoben wird wobei die Überlänge des Drahtes während des Schmelzens desselben in das Rohr nachgeschoben wird.
Auf diese Weise wird eine eventuelle Differenz zwischen dem Volumen des Rohrinneren und dem Drahtvolumen, die gegeben sein kann, um den Draht in das Rohr einschieben zu können, aufgehoben.
In der Praxis kann dabei diese Überlänge mit Hilfe einer mechanischen Vorrichtung in das heisse Innere des Keramikrohres so lange nachgeschoben werden, bis eine vollständige Füllung desselben mit dem Metall erfolgt ist. Andererseits kann das Keramikrohr während des Schmelzvorgangs auch senkrecht stehen und die Überlänge des Metalls der Schwerkraft folgend in das Rohrinnere nachsinken.
Im übrigen hat sich bei geeigneter Auswahl des Durchmessers von Keramikrohr und eingesetztem Draht in einem Dimensionsbereich, der für elektrische Durchführungen in kleinen Bauteilen üblich ist, herausgestellt, dass während des Schmelzvorgangs durch die Kapillarwirkung innerhalb des Keramikrohres kein Austritt von flüssigem Metall aus dem Rohr stattfindet.
Es ergibt sich auf diese Weise ein keramikisolierter Leiter, der über seine
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werden, ohne dass eine eigene Abdichtung zwischen und Leiter vorgenommen werden müsste.
Wird eine beliebige Querschnittfläche eines derartigen Leiters bzw. Leiterstückes betrachtet, was eventuell auch unter dem Mikroskop oder durch eine Schliffaufnahme erfolgen kann, so zeigt sich in jedem Fall das innige Aneinanderliegen von Metall und Keramik, sodass sich dadurch der erfindungsgemässe Leiter eindeutig von den bisher bekannten keramikisolierten Leitern unterscheidet, bei denen immer nur an einer einzigen Querschnittsstelle die Abdichtung gegeben ist.
Nachstehend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen bei- spielsweise beschrieben.
Es zeigt Fig. 1 einen nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten isolierten Leiter bzw. Leiterstück im Längsschnitt, Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 4 Anordnungen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens.
Ein metallischer Leiter l, der in der Praxis vorzugsweise aus Kupfer besteht, füllt den Innenraum 2 eines Keramikrohres 3 komplett aus. Durch den Schmelzvorgang hat sich das Metall an die Unebenheiten der umgebenden Keramikfläche vollständig angelegt und die Verbindung zwischen Metall und Keramik ist durchwegs gas-und vakuumdicht.
Gewünschtenfalls können Überlängen l'und 1" des Metalldrahtes zur nachfolgenden Verwendung vorgesehen sein.
An der Aussenseite des Keramikrohres 3 ist eine dünne Metallschicht 11 vorgesehen, mit deren Hilfe das Einlöten in metallische Bauteile erfolgen kann.
Die Darstellung ist gegenüber der Normalgrösse vergrössert, da in der Praxis weder die Unebenheiten der Keramikfläche noch die Dicke der äusseren Metallschicht so deutlich erkennbar wäre.
Fig. 2 zeigt schematisch ein in einen Schmelzofen 4 eingesetztes Keramikrohr 5, in welches ein Leiter 6 eingeschoben ist, wobei der Leiter vorzugsweise das Keramikrohr zur Gänze ausfüllt. Bei Erwärmung des metallischen Leiters 6 bis bzw. über seinen Schmelzpunkt erschmilzt das Metall und verbindet sich mit den Grenzinnenflächen des Keramikrohres 5. Bei geeigneter Auswahl des Durchmessers des Keramikrohres 5 und eingesetztem Draht 6 in einem Dimensionsbereich, der für elektrische Durchführungen in kleinen Bauteilen üblich ist, hat sich herausgestellt, dass während des Schmelzvorganges durch die Kapillarwirkung innerhalb des Keramikrohres kein Austritt von flüssigem Metall aus dem Rohr stattfindet.
Gemäss Fig. 2 schliesst der Leiter 6 bündig mit dem Rohr 5 ab. In Abänderung kann gemäss Fig. 3 eine Überlänge des Metalldrahtes im Verhältnis zur Länge des Keramikrohres verwendet, und zum Auffüllen während des Schmelzvorganges herangezogen werden.
Auf diese Weise wird eine eventuelle Differenz zwischen dem Volumen des Rohrinneren und dem Drahtvolumen, die gegeben sein kann, um den Draht in das Rohr einschieben zu können, aufgehoben.
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In der Praxis kann dabei diese Überlänge mit Hilfe einer mechanischen Vorrichtung in das heisse Innere des Keramikrohres so lange nachgeschoben werden, bis eine vollständige Füllung desselben mit dem Metall erfolgt ist. Andererseits kann das Keramikrohr während des Schmelzvorganges auch senkrecht stehen, und die Überlänge des, Metalls der Schwerkraft folgend in das Rohrinnere nachsinken.
Auch kann zur Erhöhung der Belegung von erschmolzenem Metall an der Innenfläche des Rohres das Rohr während des Schmelzvorganges bzw. nach dem Erschmelzen des Leitermetalls in Rotation um die Rohrachse versetzt werden, wie dies mit den Pfeilen 7 angedeutet ist.
Bei Verwendung einer Überlänge des Metalldrahtes im Verhältnis zur Länge des Keramikrohres kann, wie dies Fig. 3 zeigt, das eine Ende 8 des Rohres verschlossen sein, sodass das erschmolzene Metall 9 durch Nachführen der Leiterüberlänge 10 unter Druck gesetzt werden kann.
Alternativ kann das Aufschmelzen unter Druck auch dadurch erfolgen, dass bei der Ausführungsform nach Fig. 2 von beiden Stirnseiten des Keramikrohres 5 Druck ausgeübt wird, z. B. in einem Druckgefäss, oder dass nach Fig. 3 bei Verwendung eines Leiterstückes mit einer dem Keramikrohr 5 etwa entsprechenden Länge in einem Druckgefäss auf das erschmolzene Metall Druck ausgeübt wird.
Gemäss Fig. 4, in welcher die mit den anderen Figuren übereinstimmenden Teile mit denselben Bezugszeichen versehen sind, wird dadurch von beiden Stirnseiten des Keramikrohres 5 auf die Schmelze 9 Druck ausgeübt, dass von beiden Seiten überlange Leiterstücke 10 in das Keramikrohr 5 eingesetzt sind und im Ausmass des Fortschreitens des Schmelzvorganges in Pfeilrichtung F nachgeschoben werden.
Die Anordnungen nach Fig. 2,3 oder 4 können entsprechend den Anforderungen des Schmelzvorganges unter Normalatmosphäre, Schutzgas oder Vakuum, mit oder ohne Druckbeaufschlagung, arbeiten.
Wenngleich die Erfindung vorstehend am Beispiel eines Keramikrohres beschrieben ist, ist sie hierauf nicht beschränkt. Gleichermassen kann sie Anwendung finden auf jeden hochtemperaturfesten, elektrisch isolierenden Werkstoff, wie z. B. Glas, dessen Schmelzpunkt höher liegt als jener des zu erschmelzenden Metalls.