Elektrodeneinführung für elektrische Vaknumentladungsapparate mit metallenem Vakuumgefäfi, insbesondere für Quecksilberdampfgleichrichter. Eine betriebssichere Elektrodeneinfüh- rung für Vakuumentladungsapparate mit ,Metallgefäss ist sehr schwer herzustellen; insbesondere ist dies der Fall, wenn das Me tallgefäss einer Formation mit 300 bis 400" C unterworfen werden soll, um dauernd von der Pumpe getrennt werden zu können.
Es sind bereits einige Konstruktionen bekannt geworden, die den zu stellenden Anforderungen wenigstens betrieblich an nähernd gewachsen sind. Bei den bekannten Konstruktionen sind aber besondere Stütz vorrichtungen erforderlich, um das beson ders bei grösseren Stromstärken sehr erheb liche Gewicht der Elektroden aufzunehmen, da die eigentlichen vakuumdichten Verbin dungen hierzu nicht in der Lage sind. Durch derartige, zur mechanischen Abstützung die nende Stützvorrichtungen werden aber die Kosten der Einführung ziemlich erheblich erhöht. Weiterhin sind Elektrodeneinführungen vorgeschlagen worden, bei denen ein mit den angrenzenden Metallteilen (stromeinführen der Leiter und Gefässwandung) verbundener Isolierkörper das Gewicht der Elektroden unmittelbar trägt.
Es ist aber bisher noch nicht möglich gewesen, Verbindungen zwi schen dem Isolierkörper und dem stromein führenden Leiter bezw. den Gefässwandun gen herzustellen, welche dauernd vakuum dicht bleiben und in der Lage sind, das Ge wicht der Elektroden zu tragen, so dass man auf Elektrodeneinführungen dieser Art trotz ihrer grossen Einfachheit und der damit ver bundenen Billigkeit verzichten musste.
Die bisherigen Misserfolge sind nach eingehen den Versuchen des Erfinders in erster Linie darauf zurückzuführen, dass man für die miteinander zu verbindenden Teile nicht die richtigen Materialien bezw. ungeeignete Ver bindungsmittel verwendete und bei der Wahl der Haftflächen zwischen den zu verbinden den Teilen den Materialeigenschaften nicht genügend Rechnung getragen hat.
Gemäss der Erfindung wird nun bei einer Elektrodeneinführung, bei der ein mit den angrenzenden Metallteilen verbundener Iso- lierkörper das Gewicht der Elektrode unmit telbar trägt, eine mechanisch genügend feste, hochvakuumdichte und hitzebeständige Ver bindung zwischen dem Isolierkörper und den Gefässwandungen bezw. der Stromein führung dadurch erreicht, dass als Isolier- körper ein Steatitrohr vorgesehen ist,
gegen dessen Mantelflächen die vakuumdicht zu befestigenden Metallteile mit einer zylindri schen Haftfläche anliegen, deren Höhe in der Achsrichtung kleiner als ihr Durch messer ist, und dass die Metallteile aus einem Material bestehen, dessen Ausdehnungs koeffizient mindestens angenähert mit dem jenigen des Steatits übereinstimmt.
Die Verbindung des Steatitkörpers mit den angrenzenden Metallteilen kann ent weder durch einen Schmelzfluss aus einem glasartigen Material oder durch einen Brenn- und Sinterprozess hergestellt werden.
Die Grösse der Haftflächen kann derart bemessen werden, dass die an den vakuum dichten Verbindungsstellen auftretenden me chanischen Beanspruchungen ohne weitere Abstützung der Elektrode aufgenommen werden können. Unter gewissen Umständen ist es zweckmässig, den Ausdehnungskoeffi zienten der an den Steatitkörper angrenzen den Metallteile etwas grösser als derjenige des Steatits ist. Man erreicht hierdurch eine die Dichtigkeit und Festigkeit fördernde Schrumpfwirkung.
Die durchgeführten umfangreichen Ver suche haben ergeben, dass sich auf diese Weise eine Elektrodeneinführung herstellen lässt, bei welcher der Isolator tatsächlich das Gewicht der Elektroden trägt, ohne dass ein Undichtwerden oder sogar Reissen der Ver bindungsstellen eintritt.
Wird die erfindungsgemässe Elektroden einführung für Apparate benutzt, die mit Quecksilberdampf arbeiten, also insbesondere für Quecksilberdampfgleichrichter, so ist es erforderlich, dass die mit dem Isolierkörper zu verbindenden Metalle gegenüber Queck silber widerstandsfähig sind oder einen gegen Queksilber widerstandsfähigen Über zug erhalten.
Von besonderem Vorteil ist die Anwen dung der erfindungsgemässen Elektrodenein- führungen bei Vakuumentladungsapparaten mit einem metallenen Vakuumgefäss, das dauernd von der Pumpe abgetrennt und bei höheren Temperaturen (in der Grössenord nung von 300 bis 400 C) entgast worden ist.
Anhand der beiliegenden Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Die Fig. 1 und 2 stellen im Schnitt zwei verschiedene Ausführungsbeispiele einer Elektrodeneinführung gemäss der Erfindung dar.
1 ist der Hohlzylinder aus Steatit. Stea- tit hat gegenüber Porzellan den Vorteil höherer mechanischer Festigkeit, vor allem aber den Vorteil eines grösseren Ausdeh nungskoeffizienten, und zwar eines solchen, der demjenigen geeigneter, an sich bekannter Glas- oder Eisensorten gleichkommt. Unter Steatit ist bekanntlich ein durch Brennen von Magnesiumsilikaten entstehendes kera misches Produkt zu verstehen; als Aus gangsmaterial dient im allgemeinen Speck stein (Talcum).
In das obere Ende des Steatitzylinders 1 ist ein Ringflansch ? aus Metall eingebettet. In ähnlicher Weise ist auf die Aussenseite des Steatitkörpers ein Metallring 3 aufge bracht. Die Ringe 2 und 3 bestehen ans einem Metall, dessen Ausdehnungskoeffi zient mit demjenigen des Steatits möglichst ' nahe übereinstimmt. Es ist bekanntlich mög lich, den'in der Gegend von 11 bis 12 Million stel pro Grad liegenden Ausdehnungskoeffi zienten von reinem Eisen durch Zusätze von Nickel oder Chrom oder Vanadium auf Werte unter 10 Millionstel pro Grad herab zumindern.
An Stelle eines dieser Zusatz metalle können auch deren mehrere zur Her abminderung des Ausdehnungskoeffizienten dem Eisen zugesetzt werden. An Stelle von Eisenlegierungen kann man ferner auch Le gierungen von Chrom mit Nickel verwenden. Wesentlich ist stets nur, dass durch die Le gierung der Ausdehnungskoeffizient des Metalles in die Nähe des Ausdehnungs koeffizienten des verwendeten Steatitkör- pers gebracht wird.
Der Steatitkörper 1 und die an ihn an schliessenden Metallringe 2 und 3 werden da durch vakuumdicht miteinander verbunden, lass di E: Metallteile in die noch ungebrannte Steatitmasse eingebettet werden. Bei dem nachfolgenden Brennen tritt dann eine va kuumdichte Versinterung zwischen dem Steatit und den Metallteilen ein. Nachdem auf diese \eise der Steatitkörper mit den Ringflanschen 2 und 3 vakuumdicht ver bunden ist, wird der die Elektrode 5 tra gende stromeinführende Leiter 4 mit dem Ringflansch 2 verschweisst.
Schliesslich wird der Ringflansch 3 mit der eigentlichen Ge- f-sswandung 7 vakuumdicht, zum Beispiel durch Schweissen, verbunden. Um das Ver schweissen zu erleichtern, ist eine Schweiss fuge 6 vorgesehen. Die Stromzuführungs- leitung wird in der Bohrung 8 des Leiters 4 befestigt.
Bei der Ausführung gemäss der Fig. 2 erfolgt die Verbindung zwischen dem Stea- titkörper 1 und den Metallringen 2 und 3 durch Einschmelzen eines Schmelzflusses 9 aus Glas; unter einem Glasfluss ist hierbei auch ein Emaillefluss zu verstehen.
Ein. derartiger Schmelzfluss lässt sich sehr gut mit dem Metall und dem fertig gebrannten Steatitkörper verschmelzen, da der Schmelz punkt des Schmelzflusses in der Regel un terhalb des Erweichungspunktes des Stea- tits liegen wird. Das Glas ist so zu wählen, dass sein Ausdehnungskoeffizient ungefähr mit dem des Steatits und der Metallteile übereinstimmt.
Die Zwischenteile 2 und 3 sind bei den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausfüh rungen deswegen vorgesehen, weil die Ver bindung des Steatitkörpers mit den angren- zenden Metallteilen in einem besonderen Ofen vorgenommen werden muss, während die Schweissverbindung der Metallteile mit dem stromführenden Leiter bezw. den Ge fässwandungen ohne weiteres an Ort und Stelle vorgenommen werden kann.
Ausser dem können diese relativ kleinen Zwischen teile aus in Bezug auf ihren Ausdehnungs koeffizienten günstigen Metallen wie,Chrom- nickellegierungen ohne grosse Mehrkosten hergestellt werden, während eine Herstel lung des ganzen Gefässes aus derartigen Me tallen praktisch ausgeschlossen ist.
Electrode entry for electrical vacuum discharge devices with metal vacuum vessels, especially for mercury vapor rectifiers. An operationally reliable electrode entry for vacuum discharge apparatus with a metal vessel is very difficult to manufacture; this is especially the case when the metal vessel is to be subjected to a formation at 300 to 400 "C. in order to be able to be permanently separated from the pump.
Some constructions have already become known that have grown at least operationally to approximate the requirements to be made. In the known constructions, however, special support devices are required in order to accommodate the very considerable weight of the electrodes at greater currents, since the actual vacuum-tight connec tions are not able to do this. However, by means of such support devices for mechanical support the costs of the introduction are increased quite considerably. Furthermore, electrode entries have been proposed in which an insulating body connected to the adjacent metal parts (current feed of the conductor and vessel wall) directly bears the weight of the electrodes.
But it has not yet been possible, connections between tween the insulating body and the Stromein leading conductor BEZW. produce the Gefäßwandun conditions, which remain vacuum-tight and are able to carry the weight of the electrodes, so that one had to do without electrode entries of this type despite their great simplicity and the associated cheapness.
According to the inventor's attempts, the previous failures are primarily due to the fact that one does not use the correct materials for the parts to be connected. Unsuitable Ver binding agent used and in the choice of the adhesive surfaces between the parts to be connected has not taken sufficient account of the material properties.
According to the invention, when an electrode is inserted in which an insulating body connected to the adjacent metal parts directly bears the weight of the electrode, a mechanically sufficiently strong, highly vacuum-tight and heat-resistant connection between the insulating body and the vessel walls is resp. the power supply is achieved by providing a steatite tube as the insulating body,
against the outer surface of the metal parts to be attached in a vacuum-tight manner with a cylindri's adhesive surface, the height of which in the axial direction is smaller than its diameter, and that the metal parts are made of a material whose expansion coefficient is at least approximately the same as that of the steatite.
The connection of the steatite body with the adjacent metal parts can either be produced by a melt flow from a vitreous material or by a firing and sintering process.
The size of the adhesive surfaces can be dimensioned in such a way that the mechanical stresses occurring at the vacuum-tight connection points can be absorbed without further support of the electrode. Under certain circumstances it is advisable to set the expansion coefficient of the metal parts adjacent to the steatite body to be somewhat greater than that of the steatite. This achieves a shrinking effect that promotes tightness and strength.
The extensive tests that have been carried out have shown that an electrode insertion can be produced in this way in which the insulator actually bears the weight of the electrodes without the connection points becoming leaky or even tearing.
If the inventive electrode introduction is used for apparatus that work with mercury vapor, especially for mercury vapor rectifiers, it is necessary that the metals to be connected to the insulating body are resistant to mercury or receive a mercury-resistant coating.
The use of the electrode inlets according to the invention is of particular advantage in vacuum discharge apparatuses with a metal vacuum vessel that is permanently separated from the pump and degassed at higher temperatures (of the order of 300 to 400 C).
The invention is to be explained in more detail with the aid of the accompanying drawing.
1 and 2 show in section two different exemplary embodiments of an electrode inlet according to the invention.
1 is the hollow cylinder made of steatite. Compared to porcelain, steatite has the advantage of higher mechanical strength, but above all the advantage of a greater coefficient of expansion, namely one that is equal to that of suitable, per se known types of glass or iron. As is known, steatite is to be understood as meaning a kera-mix product produced by burning magnesium silicates; Bacon stone (talc) is generally used as the starting material.
In the upper end of the steatite cylinder 1 is an annular flange? embedded in metal. In a similar manner, a metal ring 3 is placed on the outside of the steatite body. The rings 2 and 3 are made of a metal whose expansion coefficient coincides with that of the steatite as closely as possible. As is known, it is possible to reduce the expansion coefficient of pure iron in the region of 11 to 12 millionths per degree by adding nickel or chromium or vanadium to values below 10 millionths per degree.
Instead of one of these additional metals, several can also be added to the iron to reduce the expansion coefficient. Instead of iron alloys, you can also use alloys of chromium with nickel. It is always only essential that the alloy brings the expansion coefficient of the metal close to the expansion coefficient of the steatite body used.
The steatite body 1 and the metal rings 2 and 3 adjoining it are connected to one another in a vacuum-tight manner, let the metal parts be embedded in the still unfired steatite mass. During the subsequent firing, vacuum-tight sintering occurs between the steatite and the metal parts. After the steatite body has been connected in a vacuum-tight manner to the annular flanges 2 and 3 in this way, the current-carrying conductor 4 carrying the electrode 5 is welded to the annular flange 2.
Finally, the annular flange 3 is connected to the actual vessel wall 7 in a vacuum-tight manner, for example by welding. To facilitate welding, a welding joint 6 is provided. The power supply line is fastened in the bore 8 of the conductor 4.
In the embodiment according to FIG. 2, the connection between the steat body 1 and the metal rings 2 and 3 takes place by melting a melt flow 9 made of glass; A glass flow here is also to be understood as an enamel flow.
One. Such a melt flow can be fused very well with the metal and the finished fired steatite body, since the melting point of the melt flow will usually be below the softening point of the steatite. The glass must be selected so that its coefficient of expansion roughly corresponds to that of the steatite and the metal parts.
The intermediate parts 2 and 3 are provided in the embodiments shown in FIGS. 1 and 2 because the connection of the steatite body with the adjacent metal parts must be made in a special furnace, while the welded connection of the metal parts with the current-carrying conductor respectively the Ge can easily be made on the spot.
In addition, these relatively small intermediate parts can be made from metals that are favorable in terms of their expansion coefficients, such as chromium-nickel alloys, without great additional costs, while the production of the entire vessel from such metals is practically impossible.