Vorrichtung mit einer vakuum- und gasdichten Einschmelzung und Verfahren zur Herstellung dieser Vorrichtung. Die Erfindung bezieht sich auf eine Vor richtung mit einer vakuum- und gasdichten Einschmelzung, z. B. eine entlüftete oder gasgefüllte Entladungsröhre, Glühlampe, oder sonst ein in einer vakuumdichten Um hüllung eingeschlossenes elektrisches Gerät, bei der mindestens ein Organ in einen aus Glas bestehenden Körper eingeschmolzen ist. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellunb einer solchen Vor richtung.
Seit lange stellte die Anfertigung der artiger vakuumdichter Durchführungen ein technisches Problem dar, insbesondere bei grösseren Stromstärken. Man hat versucht, hierbei auftretende Schwierigkeiten zu über winden, sei es dadurch, dass der Zuführungs leiter und -das umgebende Material (Glas, Quarz oder Keramik) mit Sorgfalt von gleichem oder nahezu bleichem Ausdehnungs koeffizienten ausgewählt werden, so dass un zulässige Spannungen bei Temperaturände- rungen der Einschmelzung vermieden wer den, sei es durch die Verwendung von sehr dünnwandigen Metallteilen,
deren Ausdeh nungskoeffizient zwar merklich von dem des Einschmelzmaterials verschieden war, aber die infolge ihrer geringen Metallstärke nicht imstande waren, schädliche Spannungen im umgebenden Material herbeizuführen.
Ein Beispiel des ersteren Falles stellt die bekannte Chromeiseneinschmelzung dar, und diese Kategorie kennzeichnet sieh durch eine ziemlich grosse Freiheit in der Wahl der Form und der Abmessungen der einzuschmel zenden Teile, verpflichtet aber den Fachmann zur Verwendung bestimmter Kombinationen von Materialien.
Ein Beispiel des letzteren Falles bildet die Einschmelzung mit einem sich zuspitzen den Messingrand, der in Glas von merklich geringerem Ausdehnungskoeffizienten einge schmolzen ist. In diesem Falle liegt die Schwierigkeit in den weniger gewünschten Eigenschaften von sehr dünnen Metallteilen, die vielfach eine geringe mechanische Wider standsfähigkeit W sitzen. dass sie infolge der wiederholten Deformierungsarbeit bei Tem peraturänderungen Ermüdungserscheinungen aufzuweisen anfangen und auch in erhöhtem -Masse der Gefahr der Leckage durch Oxyda tion oder Anfressung ausgesetzt sind.
Von den beiden obenbeschriebenen Ein schmelzungen kann gesagt werden. dass sie kostspielig sind, sei es wegen des verwende ten Materials, sei es dadurch, dass sie schwer zu bearbeiten sind.
Die obengenannten Nachteile sind nun lxi der erfindungsgemässen Vorrichtung auf sehr einfache Weise behoben durch Verwen dung einer Eiirscbmelzung, bei welcher das das eingeschmolzene Organ umgebende Ein- schmelzmaterial aus einem Glaskörper be steht, der eine vakuumdichte Struktur auf weist, die für wenigstens 5 % aus fein ver teilten, nicht miteinander in Verbindung stehenden Höhlungen besteht, und der ein spezifisches Gewicht besitzt,
das wenigstens 5 % niedriger als das des in diesem Körper vorhandenen Glases im homogenen und prak tisch gasfreien Zustand ist. Hierdurch wird es möglich. Metalle und Glasmaterialien von sehr verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten auf billige und einfache Weise gas- und vakuumdicht zusammenzuschmelzen, ohne dass dabei die Gefahr entsteht, dass die Einschmel zung durch Sprung beschädigt wird.
Es hat sich überraschenderweise ergehen. dass ein solches Einschmelzmaterial ausser ordentlich frei von schädlichen Spannungen ist und sogar in jenen Fällen sprungfrei bleibt, in denen ein grosser Unterschied zwi schen den Ausdehnungskoeffizienten des Durchführungsleiters und des umgebenden Glases besteht. vorausgesetzt. dass der Aus- delinungskoeffizient des Glases kleiner als der des Metaller ist.
Besondere Bauarten sind dabei nicht erforderlich und da keine durch laufenden Verbindungen zwischen den frag lichen feinverteilten Höhlungen bestehen, ist Vakuumdichtheit ohne die Verwendung von Deckschichten aus Glas oder Glasur ver- sichert. Man könnte sagen, dass in diesem Falle eine poröse und zu gleicher Zeit va kuumdichte Struktur vorhanden ist.
Es hat sich z. B. als möglich erwiesen, Eisen mit einem Ausdehnungskoeffizienten von 120 X 1" in Bleiglas mit. einem Aus dehnungskoeffizienten von 88 >C 1" ein zuschmelzen, was die technische Möglichkeit illustriert, Zuführungsleiter aus einem will kürlichen Material, z. B. Nickel, Messing, Molybdän usw., mit einer reichen Auswahl von Glassorten von verschiedenen Ausdeh nungskoeffizienten zu kombinieren.
Eine besonders grosse Freiheit von sehäd- li.chen Spannungen kann durch eine solche Ausführung der Einschmelzung erhalten -erden, dass 10% des Volumens des Ein- schmelzmateria'ls durch Höhlungen gebildet wird, bezw. dass das spezifische Gewicht 10 % niedriger als das des im' Körper vorliaa- denen Glases im homogenen und praktisch gasfreien Zustand ist.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungs möglichkeit für die Erfindung bilden kleine und kompakte Vakuumentladungsröhren, z. B. Empfangs- oder Verstä.rkerröhren für Radiozwecke, bei denen der die Zuführungs leiter tragende Röhrenboden auf die oben umschriebene Weise aus Glas mit fein verteilten Höhlungen besteht und an den Kolben angeschmölzen wird.
Die Vorteile eines solchen Glaskörpers kommen auch darin zum Ausdruck, dass man praktisch in der Wahl des Kolbenmaterials ganz frei ist. So kann ein Kolben aus Metall, z. B. Eisen, an einen Boden aus Bleiglas, aber ebensogut ein keramischer Kolben an einen aus Glas be stehenden Boden angeschmolzen werden.
Bei dem Herstellungsverfahren wird vorzugsweise von einem Glaspulver aus gegangen, das beim Einschmelzen derart be handelt wird, dass ein mit fein verteilten Höhlungen durchsetzter, jedoch v akuuni- dichter Körper entsteht.
Es ist an sich bekannt, den Unterteil einer Entladungsröhre, z. B. einer Empfangs röhre, aus Glaspulver anzufertigen. Auch andere Unterteile, z. B. von Glühlampen, wurden bereits aus Glaspulver gepresst, wie z. B. die Perlen, durch welche die Strom- zuführungsleiter in kleinen Glühlampen von einander getrennt gehalten werden.
In allen diesen Fällen wird jedoch auf bewusste Weise die Erhaltung eines homogenen und klaren Glaskörpers angestrebt, vielfach sogar durch die Anwendung eines hohen Pressdruckes. Diese Homogenisation hat sich nicht nur als überflüssig, sondern sogar als schädlich er wiesen, da. hierdurch auf unnötige Weise. Temperaturspannungen im Glas möglich ge macht werden. Zweekmässigerweise kann daher die Einschmelzung ohne Druck oder nur unter sehr leichtem Druck erfolgen, da sonst die Luft- bezw. Gaseinschlüsse ausge trieben werden und die poröse Natur der er haltenen Durchführung verloren geht.
'Gber- rasehenderweis.e ergibt sich dabei, dass, wenn ohne Druck oder nur unter sehr leichtem Druck gepresst wird, eine vakuum- bezw. ()@asdichte Strukturerhalten wird, bei der die feinverteilten Höhlungen nicht miteinander in Verbindung stehen.
Neben dem hier beschriebenen Verfahren, bei dem von Gaspulver ausgegangen wird, könnte ein Glaskörper der beschriebenen Struktur auch dadurch erhalten werden, dass im Ausgangsmaterial Stoffe verarbeitet werden, aus denen sich bei der Erhitzung ein Gas, z. B. Kohlensäure, entwickelt, so dass beim Schmelzen dieses Materials infolge dieser Gasentwicklung die gewünschte Struk tur entsteht.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann z. B. als Glühlampe ausgebildet sein. Es ist auf einfache Weise möglich, einen Ein schmelzkörper anzufertigen, der gleichzeitig als dient und zu diesem Zweck aus@vendig die Gestalt eines z. B. Schraub- oder Bajonettsockels@ aufweist.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann nicht nur als Glühlampe oder als Va.kuum- entladungsröhre, wie Empfangsröhre, Ver- stärkerröhre, Senderöhre, Röntgenröhre, Ka- thodenstahlröhre, Leuchtröhre mit Gas- oder Dampffüllung oder Stromriehterröhre, son- dern auch als elektrisches Gerät ausgebildet sein, bei dem z. B. ein Kondensator oder ein Motor in einer verschlossenen Atmosphäre angebracht ist, der eine elektrische Verbin dung,- z. B, mit dem Lichtnetz, besitzen muss.
Dies ist unter anderem der Fall bei Hochspannungskondensatoren in einer Gas füllung unter Druck, mit oder ohne Zusatz einer @Ölisolation, und bei Einheiten mit Mo torantrieb für Kühlapparate, in welchen letzteren der Motor innerhalb des Gefässes montiert ist, in dem das Kühlmittel zir kuliert.
Bei den obengenannten Ausführungsfor men als Entladungsröhren, wie Empfangs und Verstärkerröhren, sind nun verschiedene Anfertigungsweisen möglich. Es kann da bei eine Anzahl Stromzuführungsleiter vor, zugsweise senkrecht zu einem scheiben förmigen Boden und auf einem konzen trischen Kreis in bezug auf die Mitte des selben liegend vakuumdicht eingeschmolzen werden.
Es ist in vielen Fällen vorteilhaft, das vollständige Elektrodensystem der Röhre bereits auf .den Stromzuführungsleitern zu montieren, bevor diese in die Glasmasse ein geschmolzen werden, so dass ein Gebilde er halten wird, das nur noch auf die übliche Weise mit einem Kolben versehen zu werden braucht zur Erhaltung der vollständigen Ent ladungsröhre.
Es ist aber auch möglich, den Kolben gleichfalls vor der Formierung des Glas bodens in seine endgültige Stellung in bezug auf das Innere und die Glaspulvermasse zu bringen, und ihn gleichzeitig mit den Strom zuführungsleitungen vakuumdicht mit letz teren zu verschmelzen. Auf diese Weise wird das Anfertigungsverfahren der Röhre in einer einzigen Bearbeitung kombiniert und braucht nur einmal erhitzt und verschmolzen zu werden.
Die ausserordentlich grosse Sprungfreiheit des Einschmelzmaterials macht es aber mög lich, noch einen Schritt weiterzugehen und auch einen Sockel oder eine Platte, der oder die z. B. zum mechanischen und/oder elek- trisehen Schutz oder zur Führung der Röhre dient. und zu letzterem Zweck einen zentra len Fiihrungsstift besitzen kann, gleich zeitig mit den Stromzufuhrleitungen und/oder dem Kolben mit der mit Bläschen durch setzten Glasmasse zu verschmelzen. Dadurch braucht die Röhre nur noch entlüftet zu werden und kommt die Bearbeitung des ge trennten Anbringens eines Sockels, z. B.
mittels Gips oder Kitt, in Fortfall. Vielfach kann dies noch zu weiterem Gewinn führen. was die Kompaktheit der Röhrenkonstruktion betrifft. Wird in diesem Falle ein Sockel oder eine Platte aus Metall benutzt, so wird eine Entladungsröhre mit einem Metallboden erhalten, der mit Öffnungen versehen ist, durch welche die Stromzufuhrleitungen durchgeführt sind und die durch das Ein schmelzglas aufgefüllt sind. Die einge schmolzenen Stromzufuhrleitungen können gleichzeitige als Kontaktorgane ausgebildet sein.
Statt einer Bauart, bei der die Strom- ze.führungsleiter auf die obenbeschriebene @Vei#e quer durch eine Scheibe oder Platte des mit Bläschen suspendierten Glasmaterials stecken, kann in einigen Fällen auch vor teilhaft eine. Bauart gewählt werden, bei der das Glaspulver zu der Form eines abge platteten Körpers verschmolzen wird, in dem die Stromzufuhrleitungen in der Richtung der grössten Abmessung angebracht sind. während dieser Körper an das Ende eines rohrförmigen, z.
B. aus Glas bestehenden 5 Teils des elektrischen Apparates derart an geschmolzen ist, dass das eine Ende jedes der Durchführungsleiter innerhalb der Röhre und das andere Ende ausserhalb der Röhre vorspringt, so dass eine flache, quetsch- förmige Einschmelzung erhalten wird. Dies ist eine Bauart, die in der Praxis mit "Aussenquetschungen" bezeichnet wird und sich besonders zur Anwendung bei Leucht röhren länglicher Struktur eignet.
c Das Glaspulver kann als solches lose in eine Form geschüttet werden, in der z. B. die Zufuhrleiter bereits in der gewünschten Stellung angebracht sind. Es ist aber bis- weilen angebracht, das Glaspulver von vorn herein, vorzugsweise mittels eines Binde mittels, das bei hoher Temperatur zersetzt wird, zu einem festen Körper zu gestalten, der nahezu die endgültige Form aufweist, gegebenenfalls bereits die Stromzufuhrleitun- gen enthält und mit letzteren vakuumdicht verbunden wird.
Ausführungsbeispiele der Vorrichtung und des Verfahrens nach der Erfindung sind an Hand der beiliegenden Zeichnung im folgen den näher erläutert: Die Fig. 1 und 2 zeigen Ausführungsbei spiele der Art, auf welche eine Radioemp- fangsrohre angefertigt werden kann, Die Fig. 3 zeigt eine Glühlampe, und Fig. 4 stellt einen Teil einer Leuchtröhre mit Glühkathode .dar.
In Fig. 1 ist eine Form 6 abgebildet, die eine Menge von Glaspulver 3 enthält und in der eine Anzahl Stromzufuhrleiter \? mit einem auf ihnen montierten Elektroden system 1 angebracht sind. Auf dem Glas- pulver 3 ist ein Kolben 4 aus Glas, Metall oder Keramik aufgestellt, der mit einem Ab schmelzkapillarrohr 5 versehen ist.
In der Glaamasse 3 und der Form 6 ist punktiert angegeben, wie .der Boden derart formiert werden kann, dass ein Glas- oder Metallpumpröhrchen während der Verschmel zung oder in einer .späteren Bearbeitung mit dem Boden statt mit dem Oberende der Röhre verbunden -erden kann. Im ersteren Falle muB dieses Pumpröhrchen von vornherein in die Form gestellt werden.
Die Form 6 kann auf die übliche Weise in einem Ofen oder induktiv mittels der Hochfrequenzspule 7 erhitzt werden. Nach dem die erforderliche Temperatur erreicht ist, schmilzt das Glaspulver und bildet eine vakuumdichte Verbindung sowohl mit dem Kolben als auch mit den S;romzufuhr- leitungen.
In Fig. 2 ist dargestellt, wie ein gleiches Verfahren anwendbar ist, wenn die Glas messe 11 aus einem Glaspulver gebildet wird, das von einem Bindemittel zusammengehalten wird, das bei hoher Temperatur zersetzt und verflüchtigt, wie z. B. Paraffin, und die er haltene Tablette in einem Metallboden 8 an gebracht ist, der mit einem zentralen, Füh- rungsstift 9 mit keilförmiger Verdickung 10 s versehen ist. Die Form 12, die auf ähnliche Weise wie in Fig. 1 erhitzt werden kann, ist nur in punktierter Linie dargestellt.
In Fig. 3 ist eine Glühlampe für grosse Stromstärke veranschaulicht, deren Strom- zufuhrleiter 15 für -den Glühfaden 18 bei 14 eingeschmolzen sind, und zwar in rohrförmige Vorsprünge 13 des aus Glas gepressten Un terteils 16, der auf normale Weise in .den Kolben 17 eingeschmolzen ist.
Auf diese Weise befindet sich bei 14 eine Scheibe aus mit Bläschen suspendierten Glas mit vakuum dichter Struktur, so dass es möglich ist, bei geeigneter Wahl des Metalles des Strom zufuhrleiters 15 und des Einschmelzglases bei 14 eine sprungfreie und gut vakuum dichte Verbindung zu erhalten. Es hat sich z.
B. als möglich erwiesen, Eisenröhrchen von 3 bis 4 mm Durchmesser und 0,25 bis 0,50 mm Wandstärke in Bleiglas einzuschmelzen, wo s bei beachtet werden soll, dass der Aus dehnungskoeffizient von Eisen 120 X 10-6 und der von Bleiglas 88 X 10--6 beträgt. Fig. 4 zeigt das Ende 19 einer Leucht röhre mit einer Glühkathode 22 und einer Anode 23, bei der die Stromzufuhrleitungen 20 und 21 in einen flachen Körper 24 aus mit feinverteilten Höhlungen versehenen Glas eingeschmolzen sind, welcher Körper seiner seits mit dem Ende 19 der Röhre verschmol zen ist.
Es ist möglich, G'la.smetallverschmelzun- gen von sehr verschiedener Art sprung- und leckfrei anzufertigen, bei denen insbesondere an die Möglichkeit gedacht werden soll, Durchführungsisolatoren von elektrischen Apparaten, wie z. B. die bereits im vorstehen den erwähnten Kondensatoren unter Druck, a.uf diese Weise auszuführen. Der ganze Isolator kann dann aus dem mit Bläschen suspendierten, vakuumdichten Glas gebildet sein, während es möglich ist, auch Durch führungsleiter von ziemlich grosser Stärke in einen Isolator einzuschmelzen, ohne dass da durch Gefahr von Sprung oder Leck entsteht.
Die Struktur des Einschmelzglases kenn zeichnet sich durch fein verteilte Höhlungen, die z. B. eine Abmessung von der Grössen ordnung von 0,1 mm besitzen können. und untereinander nicht verbunden sind. Dies ist unter dem Mikroskop gut wahrnehmbar und macht das Glas mehr oder weniger undurch sichtig.