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PERFECTIONNEMENTS AU SCELLEMENT DES CONNEXIONS ELECTRIQUES.
La présente invention est relative à des perfectionne- ments au scellement des connexions électriques et, en particu- lier, d'un ou plusieurs conducteurs, tiges, ou analogues, à tra- vers une feuille métallique, un anneau, un tube, ou analogue, au moyen de verre ou autre matière fusible analogue.
Un tel processus est nécessaire, par exemple, dans la fabrication de certains types de connexions électriques et de culots de tubes à vide.
Les connexions de ce type sont en usage depuis un cer- tain temps et conviennent particulièrement pour les éléments des circuits électriques contenus dans des enveloppes scellées her- métiquement. Une telle borne a été décrite par exemple dans le brevet britannique No. 477.728. Des culots de tubes à vide de ce type sont utilisés couramment dans les tubes tout-métal.
L'objet principal de l'invention est d'établir un pro-
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cessus continu, convenable pour la fabrication de connexions ou de culots de ce type.
Le processus conforme à certaines caractéristiques de l'invention comporte le passage d'une longueur déterminée de fil ou de tige à travers une ouverture d'une pièce métallique, l'ap- plication de verre en fusion dans l'espace compris entre le con- ducteur ou la tige et ladite pièce métallique, le moulage du verre d'une manière permettant d'obtenir un scellement herméti- que entre le conducteur ou la tige etla pièce métallique, la solidification du verre et, enfin, l'enlèvement de la connexion ainsi obtenue par coupure du fil ou de la tige en un point situé à l'arrière du scellement.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la des- cription détaillée qui suit et à l'examen des dessins joints qui représentent, sur las figures 1 et 7, des vues schématiques de deux dispositifs mettant en application le processus conforme à certaines caractéristiques de l'invention et, sur les figures 2, 3, 4, 5 et 6 des vues de trois types de connexions et de deux types de culots de tubes à vide qu'on peut obtenir en appliquant ledit processus.
A la figure 1, certaines pièces sont représentées en coupe. Le conducteur 1 avec lequel les connexions doivent être constituées se présente en une seule longueur continue bobinée sur un dévidoir 2. Ledit conducteur doit être de préférence en l'un des alliages bien connus de fer, de nickel, et de cobalt, ou de cuivre, de nickel et de fer, par exemple, ou encore d'autres métaux ou alliages susceptibles d'être scellés au verre. Le con- ducteur 1 passe sur une roue de guidage 3 et est entraîné vers l'avant par un moyen convenable quelconque (non représenté) à travers la rondelle de serrage supérieure 4, un couteau 5, une matrice supérieure de moulage 6, une matrice de moulage infé.. rieure 7 et une rondelle de serrage inférieure 8.
Une capsule métallique 9 est supportée par une saillie
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centrale 10 de la matrice 7 et un enroulement chauffant 11 relié aux bornes 12 où un courant alternatif lui est appliqué, entoure la matrice 7.
Le conducteur 1 traverse l'appareil jusqu'à ce que la longueur désirée ait dépassé la capsule 9.
Les rondelles 4 et 8 sont alors resserrées pour main- tenir solidement le conducteur. Une goutte de verre en fusion 13 est ensuite déposée à l'aide d'un réservoir d'alimentation chauffé 14 et tombe dans l'espace annulaire entre le conducteur 1 et la capsule 9. Entretemps, ladite capsule a été chauffée par un courant alternatif convenable traversant l'enroulement 11, le processus de chauffage se faisant de préférence par cou- rants de Foucault induits dans la matrice 7 et dans la capsule 9.
Dès que la goutte de verre en fusion est en place, la matrice supérieure 6 est abaissée jusqu'à l'extrémité supérieure de la capsule 9,. une butée 15 convenablement disposée étant pré- vue avec laquelle entre en contact une saillie 16 de la matrice 6. Ladite matrice 6 comporte un logement 17 permettant le mou- lage de la goutte de verre de manière à ce qu'on obtienne un scellement métal/verre satisfaisant entre la goutte et le con- ducteur d'une part et entre la goutte et la capsule d'autre part.
Après coupure du courant de chauffage et solidification du verre, le couteau 5 est actionné pour couper la connexion terminée du reste du conducteur, à l'arrière du scellement. La connexion terminée est alors retirée ; elleapparaît sous la forme repré- sentée en coupe à la figure 2, la goutte de verre qui scelle le conducteur 1 à la capsule 9 étant indiquée en 18.
La figure 1 montre en outre un plan incliné 19 qui représente tout dispositif convenable permettant de déposer les capsules 9 une par une sur la matrice 7. On comprendra que les détails pratiques de la machine dont-les pièces sont indiquées schématiquement à la figure 1 ne soient pas représentés, de tels détails pouvant être conçus d'une manière convenable quelconque
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par l'homme de l'art.
Il est à noter également que, selon une variante, on pourrait obtenir la goutte de verre en fusion dans une longueur de tige de verre de diamètre convenable chauffée à son extrémité par un brûleur à gaz pour obtenir la goutte à l'instant désiré.
Une telle tige peut être déplacée en avant à la demande par un mécanisme convenable.
La connexion représentée en coupe à la figure 2 qui peut être faite de la manière qui vient d'être décrite convient lorsqu'il est nécessaire d'obtenir un conducteur isolé traver- sant une paroi ou cloison métallique quelconque. Ainsi, on peut souder le rebord de la capsule 9 autour d'une ouverture circulai- re dans une feuille métallique de type quelconque et l'on obtient alors un scellement; absolument étanche aux gaz. Une telle con- nexion est très utile, par exemple, pour obtenir un conducteur de sortie d'un élément ou dispositif électrique quelconque scellé hermétiquement à l'intérieur d'une enveloppe métallique.
La figure 3 représente en coupe une autre forme de con- nexion qui peut être obtenue par un processus continu analogue, à condition que les matrices 6 et 7 soient conçues en conséquence.
A la figure 3, la connexion consiste en une plaque métallique 20 (qui peut être de forme quelconque) comportant une petite ouver- ture circulaire à travers laquelle un conducteur 1 est scellé par une goutte de verre 21. Cette forme conviendrait au scellement des conducteurs de sortie pour les électrodes des tubes tout-métal à travers leur culot. Dans ce cas, l'appareil peut être modifié en prévoyant plusieurs dévidoirs de conducteur et des matrices mul- tiples afin que tous les scellements puissent être effectués en une seule opération.
Une autre forme encore de connexion pouvant être effec- tuée de la même manière avec des matrices convenables est repré- sentée en coupe à la figure 4. Cette dernière connexion consiste en un mince tube métallique 22 à l'intérieur duquel est convena-
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blement déposée une goutte de verre 23 permettant de sceller le conducteur 1 coaxialement au tube. Ladite goutte de verre peut évidemment être placée de manière à dépasser légèrement l'une ou l'autre des extrémités du tube.
La méthode décrite n'est pas limitée à l'utilisation d'un conducteur. En fait, on peut utiliser une tige métallique d'une section désirée quelconque mais, dans ce cas, il ne serait pas pratique de tirer une telle tige d'un dévidoir. En consé- quence, un mécanisme convenable est prévu pour faire avancer la tige de la longueur désirée à travers le système de matrices après l'achèvement de chaque connexion et son découpage ou son retrait par une autre méthode du reste de la tige.
Les mêmes principes peuvent être appliqués à la fabri- cation de culots pour tubes à vide et analogues comportant des conducteurs de sortie pour les électrodes, lesdits conducteurs traversant le culot.
La figure 5 représente en coupe et en plan un tel culot en forme de bouton comportant une capsule 24 dans laquelle est moulé un bouton de verre plat 25 à travers lequel sont scellés un certain nombre de conducteurs 26, par exemple 4. La figure 6 représente en section et en plan un culot légèrement différent comportant un disque métallique 27 à ouvertures munies de rebords dans chacune desquelles est scellé un conducteur 26 au moyen d'une goutte de verre distincte 28. On verra que la figure 6 est très analogue à la figure 2 mais qu'elle comporte plusieurs conducteurs au lieu d'un.
La figure 7 représente un exemple d'une machine adap- tée à la fabrication de culots du type représenté à la figure 5.
Cette machine est analogue dans ses grandes lignes à celle de la figure 1. Un dévidoir 29 est prévu pour chacun des conducteurs 26' qui doivent être scellés à travers le culot. Des jeux de poulies guides 30 servent à tendre les conducteurs lorsqu'ils se déroulent des dévidoirs. La pièce de serrage 31 a une forme con-
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venable pour serrer tous les conducteurs et les maintenir dans les positions relatives qu'ils occuperont dans le scellement final. Ladite pièce est susceptible de se déplacer dans le sens de la flèche jusqu'à la position représentée en trait-point sur le schéma, pour dérouler des dévidoirs les longueurs de conduc- teur nécessaires pour chaque scellement. 32 et 33 sont les deux matrices de formation du bouton de verre.
La matrice supérieure 32, qui peut être abaissée jusqu'à la position de moulage du ver- re, comporte des rainures latérales de forme convenable permet- tant de soumettre les conducteurs à l'action des couteaux 35.
Deux couteaux seulement sont représentés sur le schéma mais, en pratique, le nombre et la disposition des couteaux doivent être tels que tous les conducteurs soient coupés en une seule opéra- tion. La matrice inférieure 33, qui porte la capsule métallique 24, est elle-même portée par le support tournant 36 qui porte également, à son autre extrémité, une matrice inférieure identi- que 37. On peut faire tourner le support 36 autour d'un palier central de telle manière que les deux matrices 33 et 37 soient alternativement dans les positions d'approvisionnement et d'opé- ration ; en même temps le support tournant peut être abaissé jusqu'à la position représentée en trait-point en 38.
Un réci- pient 39 contenant du verre en fusion est disposé de manière à pouvoir être amené à la position représentée et à décharger une quantité prédéterminée de verre dans la capsule 24 à la position d'opération. Une bobine chauffante 4C entoure la capsule 24 lorsqu'elle est à la position d'opération représentée. Au com- mencement des opérations, les conducteurs sont déroulés des dé- vidoirs 29, passent autour des poulies 30 et sont enfilés à tra- vers la pièce de serrage 31, et les extrémités libres des conduc- teurs sont disposées dans les ouvertures de la matrice supérieure 32.
Une capsule métallique, après avoir été déposée sur la ma- trice 37, soit à la main, soit au moyen d'organes automatiques convenables, est amenée par le support tournant 36 à la position
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d'opération ; le support tournant est tout d'abord abaissé jus- qu'à la position 38, tourné de telle manière que la capsule 24 soit au-dessous de la bobine chauffante 40, puis élevé à nouveau jusqu'à son niveau primitif de telle manière que l'enroulement chauffant entoure alors la capsule et que la matrice 37 soit dans la position indiquée en 33. La pièce de serrage 31 saisit les conducteurs et se déplace vers le bas jusqu'à la position infé- rieure indiquée en déroulant les conducteurs des dévidoirs.
La matrice supérieure 32 entraîne les conducteurs vers le bas et arrive à sa position de repos immédiatement au-dessus de l'élé- ment 5 ce qui introduit les extrémités libres des conducteurs dans les ouvertures correspondantes de la matrice inférieure 33.
La pièce de serrage 31 relâche alors les conducteurs et est rame- née à sa position primitive. La matrice 32 est également ramenée à sa position supérieure primitive. Un courant à haute fréquence circule alors dans l'enroulement 40 et chauffe la capsule 24 ain- si qu'une certaine longueur du conducteur jusqu'à un degré de température suffisant pour provoquer l'oxydation du métal (un revêtement d'oxyde est en général nécessaire pour qu'on puisse sceller avec une bonne adhérence le métal au verre). La tempéra- ture des pièces métalliques étant maintenue, le récipient 39 est amené en position et décharge une quantité prédéterminée de verre fondu dans la capsule 24.
Après retrait du récipient 39, la ma- trice supérieure 32 est abaissée en position ce qui achève la formation du bouton de verre cependant que le courant est coupé dans l'enroulement chauffant 40. Après un court intervalle per- mettant au verre de se refroidir suffisamment pour qu'il garde sa forme, la matrice 32 est soulevée à nouveau jusqu'à sa posi- tion supérieure et les couteaux 35 sont actionnés pour couper les conducteurs à travers les rainures 34 ménagées sur les côtés de la matrice 32. Le support tournant 36 est ensuite'abaissé jus- qu'à la position 38 et tourne en amenant le culot achevé à la po- sition d'approvisionnement tout en ramenant une nouvelle capsule
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24 à la position d'opération. Le culot achevé est retiré et remplacé par une nouvelle capsule.
Or) comprendra que le support tournant 36 peut être prévu pour comporter plus de deux positions. Par exemple une troisième position peut être ajoutée pour effectuer le retrait des culots terminés. D'autre part, le nombre de positions peut être augmenté de même que les dimensions du support tournant pour incorporer des organes assurant le recuit des scellements.
De cette manière, le scellement terminé après avoir quitté la position d'opération, passerait, par paliers successifs, à une position de recuit, puis à la position d'enlèvement des culots.
La machine décrite d'après la figure 7 ne nécessite que des modifications de détail pour qu'on obtienne des culots du type représenté à la figure 6. Les deux matrices 32 et 33 sont légèrement modifiées et le récipient unique 39 est rempla- cé par un certain nombre de récipients distincts correspondant chacun à l'un des conducteurs et réglés simultanément pour dé- poser une goutte de verre en fusion autour de chacun des con- ducteurs. Selon une variante, on peut obtenir les gouttes de verre à partir de tiges, comme décrit à propos de la figure 1.
Il apparaîtra clairement à l'homme de l'art que le dispositif de support tournant décri-t à propos de la figure 7 peut également être appliqué à la figure 1.
Il est non moins évident que d'autres matières fusi- bles analogues au verre et pouvant être traitées d'une manière semblable, par exemple le quartz, peuvent être utilisées pour la méthode de scellement décrite. En conséquence, le terme "verre" employé dans la description ci-dessus doit être consi- déré comme un terme général couvrant éventuellement d'autres ma- tières fusibles analogues.
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IMPROVEMENTS IN THE SEALING OF ELECTRICAL CONNECTIONS.
The present invention relates to improvements in the sealing of electrical connections and, in particular, of one or more conductors, rods, or the like, through a metal foil, a ring, a tube, or the like. , by means of glass or other similar fusible material.
Such a process is necessary, for example, in the manufacture of certain types of electrical connections and the caps of vacuum tubes.
Connections of this type have been in use for some time and are particularly suitable for electrical circuit elements contained in hermetically sealed envelopes. Such a terminal has been described, for example, in British Patent No. 477,728. Vacuum tube caps of this type are commonly used in all-metal tubes.
The main object of the invention is to establish a pro-
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continuous process, suitable for the manufacture of connections or caps of this type.
The process according to certain features of the invention comprises the passage of a determined length of wire or rod through an opening of a metal part, the application of molten glass in the space between the con - conductor or the rod and said metal part, the molding of the glass in a way which makes it possible to obtain a hermetic seal between the conductor or the rod and the metal part, the solidification of the glass and, finally, the removal of the connection thus obtained by cutting the wire or the rod at a point located behind the seal.
The invention will be better understood on reading the detailed description which follows and on examining the accompanying drawings which represent, in FIGS. 1 and 7, schematic views of two devices implementing the process according to certain characteristics. of the invention and, in Figures 2, 3, 4, 5 and 6 are views of three types of connections and two types of vacuum tube caps that can be obtained by applying said process.
In Figure 1, some parts are shown in section. The conductor 1 with which the connections are to be made is presented in a single continuous length wound on a reel 2. Said conductor should preferably be made of one of the well-known alloys of iron, nickel, and cobalt, or of copper. , nickel and iron, for example, or other metals or alloys capable of being sealed to glass. The driver 1 passes over a guide wheel 3 and is driven forward by any suitable means (not shown) through the upper clamping washer 4, a knife 5, an upper mold die 6, a die. lower molding ring 7 and a lower clamping washer 8.
A metal capsule 9 is supported by a projection
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central 10 of matrix 7 and a heating coil 11 connected to terminals 12 where an alternating current is applied to it, surrounds matrix 7.
Conductor 1 passes through the device until the desired length has passed the capsule 9.
Washers 4 and 8 are then tightened to securely hold the conductor. A drop of molten glass 13 is then deposited using a heated supply tank 14 and falls into the annular space between the conductor 1 and the capsule 9. In the meantime, said capsule has been heated by an alternating current. suitable passing through winding 11, the heating process preferably taking place by eddy currents induced in die 7 and in capsule 9.
As soon as the drop of molten glass is in place, the upper die 6 is lowered to the upper end of the capsule 9 ,. a properly disposed stopper 15 being provided with which comes into contact with a projection 16 of the die 6. Said die 6 comprises a housing 17 allowing the molding of the glass drop so that a metal seal is obtained. / glass satisfactory between the drop and the conductor on the one hand and between the drop and the capsule on the other hand.
After cutting off the heating current and solidifying the glass, the knife 5 is actuated to cut the completed connection of the rest of the conductor, behind the seal. The terminated connection is then removed; it appears in the form represented in section in FIG. 2, the drop of glass which seals the conductor 1 to the capsule 9 being indicated at 18.
Figure 1 further shows an inclined plane 19 which represents any suitable device for depositing the capsules 9 one by one on the die 7. It will be understood that the practical details of the machine whose parts are shown schematically in Figure 1 do not are not shown, such details may be designed in any suitable manner
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by those skilled in the art.
It should also be noted that, according to one variant, one could obtain the drop of molten glass in a length of glass rod of suitable diameter heated at its end by a gas burner to obtain the drop at the desired instant.
Such a rod can be moved forward on demand by a suitable mechanism.
The connection shown in section in FIG. 2, which can be made in the manner which has just been described, is suitable when it is necessary to obtain an insulated conductor passing through any metallic wall or partition. Thus, the rim of the capsule 9 can be welded around a circular opening in a metal foil of any type and a seal is then obtained; absolutely gas-tight. Such a connection is very useful, for example, to obtain an output conductor of any electrical element or device hermetically sealed within a metal casing.
Figure 3 shows in section another form of connection which can be achieved by a similar continuous process, provided that the dies 6 and 7 are designed accordingly.
In Figure 3, the connection consists of a metal plate 20 (which may be of any shape) having a small circular opening through which a conductor 1 is sealed by a drop of glass 21. This shape would be suitable for sealing the conductors. outlet for the electrodes of the all-metal tubes through their base. In this case, the apparatus can be modified by providing several conductor reels and multiple dies so that all the seals can be carried out in a single operation.
A still further form of connection which can be made in the same way with suitable dies is shown in section in Figure 4. This latter connection consists of a thin metal tube 22 within which is suitable.
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Clearly deposited a drop of glass 23 for sealing the conductor 1 coaxially to the tube. Said drop of glass can obviously be placed so as to slightly protrude from one or the other of the ends of the tube.
The method described is not limited to the use of a conductor. In fact, one can use a metal rod of any desired section, but in this case it would not be practical to pull such a rod from a reel. Accordingly, a suitable mechanism is provided for advancing the rod of the desired length through the die system after completion of each connection and its cutting or other removal from the remainder of the rod.
The same principles can be applied to the manufacture of caps for vacuum tubes and the like having output conductors for the electrodes, said conductors passing through the base.
Figure 5 shows in section and in plan such a button-shaped base comprising a capsule 24 in which is molded a flat glass button 25 through which are sealed a number of conductors 26, for example 4. Figure 6 shows in section and in plan a slightly different base comprising a metal disc 27 with openings provided with rims in each of which is sealed a conductor 26 by means of a separate drop of glass 28. It will be seen that FIG. 6 is very similar to FIG. 2 but that it has several conductors instead of one.
FIG. 7 represents an example of a machine suitable for the manufacture of caps of the type represented in FIG. 5.
This machine is similar in general terms to that of Figure 1. A reel 29 is provided for each of the conductors 26 'which must be sealed through the base. Sets of guide pulleys 30 serve to tension the conductors as they unwind from the reels. The clamp 31 has a similar shape
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venable to clamp all the conductors and keep them in the relative positions they will occupy in the final seal. Said part is capable of moving in the direction of the arrow as far as the position shown in a dot-dash on the diagram, in order to unwind from the reels the lengths of conductor necessary for each seal. 32 and 33 are the two forming dies for the glass button.
The upper die 32, which can be lowered to the glass molding position, has suitably shaped lateral grooves to allow the conductors to be subjected to the action of the cutters 35.
Only two knives are shown in the diagram, but in practice the number and arrangement of the knives should be such that all the conductors are cut in a single operation. The lower die 33, which carries the metal capsule 24, is itself carried by the rotating support 36 which also carries, at its other end, an identical lower die 37. The support 36 can be rotated around a central bearing such that the two dies 33 and 37 are alternately in the supply and operation positions; at the same time the rotating support can be lowered to the position shown in a dot-dash at 38.
A container 39 containing molten glass is arranged so as to be movable to the position shown and to discharge a predetermined quantity of glass into the capsule 24 at the operating position. A heating coil 4C surrounds the capsule 24 when it is in the operating position shown. At the start of operations, the conductors are unwound from the reels 29, pass around the pulleys 30 and are threaded through the clamping piece 31, and the free ends of the conductors are arranged in the openings of the upper die 32.
A metal capsule, after having been deposited on the matrix 37, either by hand or by means of suitable automatic devices, is brought by the rotating support 36 to the position.
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operation; the rotating support is first lowered to position 38, rotated so that capsule 24 is below heating coil 40, and then raised again to its original level so that the heating coil then surrounds the capsule and the die 37 is in the position indicated at 33. The clamp 31 grips the conductors and moves downwards to the lower position indicated by unwinding the conductors from the reels .
The upper die 32 drives the conductors downwards and comes to its rest position immediately above the element 5 which introduces the free ends of the conductors into the corresponding openings of the lower die 33.
The clamping part 31 then releases the conductors and is returned to its original position. Die 32 is also returned to its original upper position. A high frequency current then flows through the winding 40 and heats the capsule 24 so that a certain length of the conductor to a degree of temperature sufficient to cause the oxidation of the metal (an oxide coating is present. generally necessary so that the metal can be sealed with good adhesion to the glass). With the temperature of the metal parts maintained, container 39 is moved into position and discharges a predetermined amount of molten glass into capsule 24.
After removal of the container 39, the upper matrix 32 is lowered into position which completes the formation of the glass button while the current is cut in the heating coil 40. After a short interval allowing the glass to cool down enough to keep its shape, die 32 is lifted again to its upper position and cutters 35 are actuated to cut the conductors through grooves 34 in the sides of die 32. The carrier rotating 36 is then lowered to position 38 and rotates bringing the completed pellet to the supply position while bringing in a new capsule
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24 to the operating position. The completed pellet is removed and replaced with a new capsule.
Or) will understand that the rotating support 36 can be provided to have more than two positions. For example a third position can be added to perform the removal of the finished pellets. On the other hand, the number of positions can be increased as well as the dimensions of the rotating support to incorporate members ensuring the annealing of the seals.
In this way, the sealing, completed after leaving the operating position, would pass, in successive stages, to an annealing position, then to the position for removing the caps.
The machine depicted according to figure 7 only requires modifications of detail in order to obtain bases of the type shown in figure 6. The two dies 32 and 33 are slightly modified and the single container 39 is replaced by a certain number of distinct receptacles each corresponding to one of the conductors and simultaneously adjusted to deposit a drop of molten glass around each of the conductors. According to one variant, the glass drops can be obtained from rods, as described with reference to FIG. 1.
It will be clear to those skilled in the art that the rotating support device described in connection with FIG. 7 can also be applied to FIG. 1.
It is no less obvious that other fusible materials analogous to glass and capable of being treated in a similar manner, for example quartz, can be used for the method of sealing described. Accordingly, the term "glass" employed in the above description should be regarded as a general term possibly covering other like fusible materials.