DE1117782B

DE1117782B - Verfahren und Einrichtung zur Vakuumbehandlung von mehreren Werkstuecken, beispielsweise von Elektronenroehren, in einem gemeinsamen Vakuumgefaess

Info

Publication number: DE1117782B
Application number: DER27474A
Authority: DE
Inventors: William John Helwig
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1959-03-05
Filing date: 1960-03-03
Publication date: 1961-11-23
Also published as: BE588321A; US3057130A; US3087289A

Description

Anmelder:

Radio Corporation of America, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter; Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt, München 23, Dunantstr. 6

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 5. März 1959 (Nr. 800 357)

William John Helwig, Kearny, N.J. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und behandlung von mehreren Werkstücken

auf eine Einrichtung zur Vakuumbehandlung von Denancuung von menreren werkstücken,

Werkstücken, beispielsweise von Elektronenröhren, beispielsweise von Elektronenröhren,

wobei die Werkstücke in ununterbrochener Folge _{in dnem} gemeinsamen Vakuumgefäß

zugeführt werden und gleichzeitig einer Warmebe-

handlung unterworfen werden können, wenn eine

solche notwendig ist.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand des Beispiels der Evakuierung und Abschmelzung von Elektronenröhren behandelt, ist jedoch nicht auf derartige Anwendungsfälle beschränkt. Die Erfindung kann vielmehr auf jede Art von Vakuumbehandlung von Gegenständen und gewünschtenfalls gleichzeitiger Wärmebehandlung dieser Gegenstände angewendet werden.

Es wird auf eine in verhältnismäßig großem Umfang angewendete Einrichtung zur Behandlung von Elektronenröhren mit dem Ziel der Evakuierung und Abschmelzung der Röhre Bezug genommen. Diese Einrichtung besitzt zwei Türme, auf deren einem ein scheibenförmiger Preßfuß mit dem Kolben einer Elektronenröhre verschmolzen wird und auf deren anderem dieser Kolben dann durch ein Entlüftungsröhrchen hindurch evakuiert und das Entlüftungsröhrchen abgezogen wird.

Diese Art von Abschmelzmaschine besitzt verschie-

dene Nachteile, von denen der eine in der Diskontinuität des Betriebes besteht. Diese Diskontinuität 2 rührt von der Notwendigkeit her, die Werkstücke von

dem einen auf den anderen der beiden Türme zu 30 Fertigstellung gewisser anderer Röhrentypen verwenübertragen. Diese Übertragung geschieht normaler- det werden, welche keine Entlüftungsröhrchen beweise von Hand und bedingt ein Zeitintervall, während dessen die Werkstücke der Maschine entzogen
sind. Dieses Zeitintervall bedeutet nicht nur eine Verzögerung, sondern die Werkstücke können innerhalb 35
dieser Zeit auch beschädigt werden.

Ferner haben die erwähnten Maschinen noch den
Nachteil, daß die Evakuierung der Röhren unter
vollem Atmosphärendruck auf der Außenseite des
Kolbens vor sich geht. Da bei der Evakuierung der 40 Teile eingefügt sind. Sodann wird das Innere der Röhre der Kolben normalerweise erhitzt werden muß, Glocke und somit das Innere jeder Verstärkerröhre um eine genügende Entgasung zu erfahren, besteht entlüftet und durch Erhitzen des Lötmaterials eine unter dem äußeren Atmosphärendruck die Gefahr feste Verbindung der Kolbenteile erreicht. Nach Ereines Zerspringens des Kolbens. Außerdem kann kalten der Röhren und Belüftung der Glocke können wegen der hohen Druckdifferenz das röhrenseitige 45 dann die fertiggestellten Röhren entnommen werden. Ende des Entlüftungsröhrchens beim Abschmelzen Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, vakuumverhältnismäßig weit in die Röhre hineingesaugt dichte elektrische Gasentladungsgefäße, insbesondere werden. Überspannungsableiter, in ähnlicher Weise in einer

Bisher hat man die oben geschilderten Nachteile Vakuumkammer fertigzustellen und dabei den mittvon Maschinen genannter Art mit Rücksicht auf 50 leren Gehäuseteil beiderseitig mit je einer Kappe abderen hohe Arbeitsgeschwindigkeit in Kauf genom- zuschließen, die durch eine federnde Klammer auf men. Jedoch können diese Maschinen nicht für die den mittleren Gehäuseteil aufgedrückt werden.

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sitzen und daher nach der Entlüftung durch Verschmelzung von Teilen des Röhrenkolbens abgeschmolzen werden müssen.

Es ist bereits bekannt, Verstärkerröhren mit einem Keramikkolben in größerer Zahl derart in eine Glocke einzubauen, daß die verschiedenen Teile des Röhrenkolbens locker aufeinanderliegen und lediglich noch Schichten von Lötmaterial zwischen die betreffenden

3 4

Für eine ununterbrochene Fabrikation sind die Zur Erhitzung des Mittelteiles des Metallrohres

beiden an letzter Stelle beschriebenen Verfahren ist eine Einrichtung vorgesehen, welche eine nicht

offensichtlich nicht geeignet. allzu große Wärmekapazität im Vergleich zu dem von

Der Zweck der Erfindung besteht darin, ein ver- der äußeren Kammer umfaßten Teil des Metallrohres

bessertes Verfahren zur Vakuumbehandlung und, 5 besitzt und eine sehr erhebliche Wärmekapazität ge-

falls erforderlich, zur Wärmebehandlung von Werk- genüber dem von der inneren Kammer umfaßten

stücken, beispielsweise von Elektronenröhren, anzu- Rohrteil. Die innere Kammer befindet sich zwischen

geben, bei welchem die Werkstücke in ununterbroche- den Enden der äußeren Kammer und besitzt einen

ner Folge behandelt werden. Hierdurch wird nicht Abstand von diesen beiden Enden, während die

nur die Fabrikationsgeschwindigkeit erhöht, sondern io äußere Kammer zwischen den beiden Rohrenden

es werden auch Vorteile bezüglich einer besseren liegt. Auf diese Weise wird eine sogenannte konvexe

Gleichmäßigkeit der behandelten Werkstücke erzielt. Temperaturverteilung über die Rohrlänge erzielt,

Das Verfahren zur Vakuumbehandlung von Werk- d. h., daß der Mittelteil des Rohres sich auf Abstücken ist gemäß der Erfindung dadurch gekenn- Schmelztemperatur befindet und die beiden zur Einzeichnet, daß der Reihe nach Trägerkörper, welche 15 speisung und zur Entnahme der Werkstücke dienendie Werkstücke enthalten, in das eine Ende eines den Rohrenden verhältnismäßig kühl sind.
Rohres eingesetzt werden, welches die Trägerkörper Um die Luftströmung von den Enden des Rohres eng umschließt und lang genug ist, um viele solche zu den verschiedenen Pumpen zu vermindern, wird Trägerkörper aufzunehmen, daß das Rohr über seine ein neuartiger Trägerkörper vorgesehen, der eine oder Länge eine Reihe von Öffnungen besitzt, über welche 20 mehrere Scheiben von solchem Durchmesser enthält, die Werkstücke einem immer tieferen Druck unter- daß ein verhältnismäßig schmaler Spalt zwischen der worfen werden, während sie das Rohr durchwandern, Außenfläche des Trägerkörpers und der Innenfläche bis sie sich zwischen dem erwähnten Rohranfang und des Rohres an seinen beiden Enden entsteht. Wenn dem anderen Ende des Rohres, das zur Entnahme das Metallrohr also ganz mit derartigen Trägerkörder behandelten Werkstücke dient, in dem gewiinsch- 25 pern angefüllt ist, ist der mittlere Teil des Rohres ten Vakuum befinden und dort die beabsichtigte Be- weitgehend von der Luftzufuhr über die beiden Rohrhandlung erfahren. enden abgeschlossen.

Die zur Erläuterung der Erfindung gewählte Aus- Wichtig für die Durchführung des Verfahrens nach führungsform enthält ein senkrecht angeordnetes der Erfindung ist eine geeignete Auswahl der Werk-Metallrohr von einem bestimmten inneren Durch- 30 stoffe für das Metallrohr und für die Trägerkörper, messer und mit einer Reihe von über seine Länge so daß das Metallrohr sich an seinen heißeren Teilen verteilten Öffnungen. Um das Rohr herum sind an merklich erweitern kann, während die Trägerkörper bestimmten Stellen Behälter angeordnet, welche mit keine merkliche Durchmesserzunahme zeigen. Der Vakuumpumpen in Verbindung stehen. Die beiden ringförmige Zwischenraum zwischen der Innenwand Gruppen von Öffnungen in der Nähe der beiden 35 der Röhre und dem Außenumfang der Trägerkörper-Enden des Metallrohres stehen je unter dem Einfluß scheiben wird daher im Bereich der Rohrmitte, wo einer Evakuierungseinrichtung, deren Saugleistung die stärkste Evakuierung stattfindet, vergrößert,
gegenüber dem Gaseintritt in die beiden Enden des Die beschriebenen Trägerkörper hönnen am unte-Rohres erheblich größer ist. Verschiedene Gruppen ren Rohrende von Hand oder automatisch kontinuiervon Öffnungen im Mittelteil des Rohres liegen an ₄₀ lieh in das Rohr eingeführt werden, um eine beeiner dritten Evakuierungsvorrichtung von noch grö- stimmte Wanderungsgeschwindigkeit der Trägerkörßerer Saugleistung als die beiden ersten obengenann- per in dem Rohr sicherzustellen. Diese Wanderungsten Evakuierungsvorrichtungen. Die beiden erstge- geschwindigkeit hängt von der Kapazität der Evakunannten Evakuierungsvorrichtungen können somit ierungsvorrichtungen und Heizvorrichtungen ab und beispielsweise aus mechanischen Vakuumpumpen be- ₄₅ muß genügend niedrig gewählt werden, um die gestehen, während die dritte Evakuierungsvorrichtung wünschte Evakierung und Abschmelzung zu ermögaus öldiffusionspumpen bestehen kann, die mit liehen,
mechanischen Vorpumpen zusammenarbeiten. Die am oberen Ende mit den evakuierten und ab-

Um die Wirksamkeit der Evakuierungsvorrichtung geschmolzenen Elektronenröhren aus dem Rohr wie-

des mittleren Teils des Rohres zu erhöhen, ist eine 50 der austretenden Trägerkörper können von Hand

erste Kammer, welche verschiedene Gruppen von oder automatisch abgeführt werden.

Öffnungen umfaßt, an eine Öldiffusionspumpe mit Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines Werkstückes,

mechanischer Vorpumpe angeschlossen, während eine nämlich einer Elektronenröhre, die mit einer erfin-

zweite Kammer innerhalb der ersten wenigstens eine dungsgemäßen Einrichtung behandelt, d. h. evakuiert

Gruppe von Öffnungen umfaßt und an eine unab- 35 und abgeschmolzen werden kann, wobei ein Teil des

hängige öldiffusionspumpe mit mechanischer Vor- Röhrenkolbens weggebrochen ist;

pumpe angeschlossen ist. Auf diese Weise wird die Fig. 2 ist eine teilweise im Schnitt gezeichnete

Druckdifferenz zwischen der Innenseite und der Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Einrichtung;

Außenseite der inneren Kammer vermindert, so daß Fig. 3 ist eine vergrößerte Ansicht der Beladungs-

der innerhalb der inneren Kammer befindliche Teil 60 und der Haltevorrichtung für die Trägerkörper für

des Rohres besser evakuiert werden kann. Bei einer die Einrichtung nach Fig. 2;

derartigen Einrichtung wird eine sogenannte konkave Fig. 4 ist eine vergrößerte und im Schnitt gezeich-

Druckverteilung erreicht, d.h., der Gasdruck ist in nete Ansicht eines solchen Trägerkörpers für die Ein-

dem von der inneren Kammer umfaßten Teil des richtung nach Fig. 2;

Rohres im niedrigsten und steigt nach beiden Rohr- 65 Fig. 5 ist eine vergrößerte und im Schnitt gehaltene

enden hin an. Innerhalb des von der inneren Kammer Darstellung eines Teils der Einrichtung nach Fig. 2;

umfaßten Teils des Rohres werden daher die zu be- Fig. 6 ist eine vergrößerte Schnittansicht in Rich-

handelnden Werkstücke abgeschmolzen. tung des Pfeiles A in Fig. 5;

Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht der in Fig. 2 dargestellten Einrichtung, wobei der Deutlichkeit halber einzelne Teile der Fig. 2 fortgelassen sind;

Fig. 8 ist eine vergrößerte Schnittansicht längs der Schnittebene 8-8 in Fig. 5;

Fig. 9 ist eine bruchstückhafte perspektivische Darstellung eines Teils der Strahlungsheizeinrichtung;

Fig. 10 ist eine schematische Darstellung des Betätigungssytems, welches für die Beladungseinrichtung nach Fig. 3 verwendet werden kann;

Fig. 11 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Teils des Behandlungsrohres in Fig. 2, 5 und 7 und veranschaulicht die in dem Behandlungsrohr angebrachten öffnungen;

ihre Wärmekapazität so klein, daß sie beim Austritt aus dem Rohr 20 bequem entfernt werden können.

Die Trägerkörper 22 können der Reihe nach am unteren Ende des Rohres 20 entweder von Hand oder automatisch zugeführt werden. Die Zuführungsgeschwindigkeit muß so gewählt werden, daß für Vorbereitungshandlungen vor der Zuführung zum Rohr 20 und für die innerhalb des Rohres 20 durchzuführenden Vorgänge genügend Zeit bleibt. Die Zufüh- -o rungsgeschwindigkeit beträgt bei dem im folgenden zu beschreibenden Ausführungsbeispiel einen Träger je Minute.

Bei der in Fig. 2, 5 und 7 beschriebenen Ausführungsform ist das Behandlungsrohr 20 senkrecht an-

schrägt, so daß bei Einführung eines Trägerkörpers 22 dessen Flansch 30 am Stift 34 anschlägt und dieser Stift daher gegen die Kraft der Feder 36 ausweicht.

Der Flansch 30 des Trägerkörpers wandert daher nach oben über den Stift 34 hinaus, und dieser Stift bewegt sich dann wieder nach links und greift unter die Unterseite des Flansches 30.

Man kann zwar die Trägerkörper von Hand am unteren Ende 40 des Rohres 20 mit der erforderlichen Geschwindigkeit zuführen, jedoch ist es vorteilhaft, eine automatische Einrichtung zu diesem Zweck zu verwenden, da die Gesamtheit der in dem Rohr 20 befindlichen Trägerkörper ein erhebliches Gewicht

g g

Fig. 12 zeigt einen anderen Teil des Behandlungs- 15 geordnet. Das Gesamtgewicht aller in dem Rohr berohres und veranschaulicht die in diesem Teil ange- findlichen Träger lastet also auf dem untersten in das brachten Öffnungen. Rohr eingeführten Trägerkörper. Um alle in dem

Fig. 1 zeigt als Beispiel für ein zu behandelndes Rohr 20 befindlichen Trägerkörper während der EinWerkstück eine Elektronenröhre, die aus einem bei- führung eines neuen Trägerkörpers am unteren Rohrspielsweise aus Stahl bestehenden Metallkolben 10, 20 ende aufzunehmen, ist eine in Fig. 3 dargestellte Eineiner Scheibe 12, welche das Elektrodensystem trägt richtung vorgesehen. Sie besteht aus einem Stift 34, und aus einem keramischen Stoff bestehen kann, auf- der unter der Kraft einer Feder 36 steht und in das gebaut ist. Durch die Scheibe 12 sind Drähte 14 hin- Innere des Rohres 20 hineinreicht. Durch einen Kopf durchgeführt. Am Umfang der Scheibe 12 ist ein 38 am rechten Ende des Stiftes 34 wird die Länge des Ring 16 aus einer als Lötmaterial geeigneten Legie- 25 in das Rohr 20 hineinreichenden Teils des Stiftes 34 rung angebracht. Der obere Rand des Kolbens 10 bestimmt. Das linke Ende des Stiftes 34 ist abgeumfaßt den Außenrand der Scheibe 12 mit einem gewissen kleinen Spiel. Auf dem Außenumfang der
Scheibe 12 kann noch ein Überzug 18, beispielsweise
aus Molybdän, angebracht werden.

Zu der Behandlung der Elektronenröhren nach Fig. 1 gehört die Evakuierung, die Entgasung der Röhrenelektroden, die Aktivierung der Kathode und die Verschmelzung des oberen Randes des Kolbens 10 mit dem Umfang der Scheibe 12.

Wenn der Kolben 10 und die Scheibe 12 so zueinander angebracht werden, wie in Fig. 1 dargestellt ist, besteht ein genügender Zwischenraum zwischen der Innenfläche des Randes des Kolbens 10 und der

Außenfläche der Scheibe 12, um den Innenraum des 40 hat und alle diese Trägerkörper ja bei der Zuführung Kolbens entlüften zu können. Bei Erhitzung des aus eines neuen Trägerkörpers angehoben werden müssen.

Eine geeignete automatische Vorrichtung 37 (Fig. 2) ist in Fig. 3 und 10 dargestellt. Diese Einrichtung kann einen Kolben 42 enthalten, der einen Kopfteil 44 besitzt, welcher durch eine Öffnung in einem Tisch 46 hindurchreicht. Auf diesem Tisch ist das Rohr 20 beispielsweise durch Schweißen befestigt. Die Kolbenstange 42 reicht in einen Zylinder 48 (Fig. 10) hinein, in welchem ein oberes Rohr 50 und ein unteres Rohr

Jeder Trägerkörper "enthält einen zylindrischen" Teil 50 52 münden. Das Rohr 50 führt zur freien Luft und 24 mit öffnungen 26. Der zylindrische Teil 24 schließt das Rohr 52 über einen Dreiwegehahn 54 zu einer an die Oberseite eines Hauptteils 28 an, welcher eine Preßluftleitung oder Preßluftflasche. Der Dreiwege-Vertiefung 32 und zwei Flansche 30 und 31 besitzt. hahn 54 enthält ein Küken 56 mit einem T-förmigen In die Vertiefung 32 wird das zu behandelnde Werk- Kanal 58 und ist in Fig. 10 in derjenigen Lage darstück nach Fig. 1 eingesetzt. Der zylindrische Teil 24 55 gestellt, in der eine Verbindung zwischen dem Rohr umschließt das Werkstück, und der Hauptteil 28 be- 52 und einer Luftauslaßleitung 60 hergestellt wird, sitzt einen nach unten offenen Hohlraum, in den die
Zuleitungsdrähte 14 des in den nächstunteren Träger
eingesetzten Werkstückes hineinreichen können. In
das Rohr 20 wird eine ganze Reihe solcher Träger- 60
körper von unten eingeführt.

Die Trägerkörper werden vorzugsweise aus einem Werkstoff gefertigt, der eine geringe Wärmekapazität besitzt. Wegen dieser geringen spezifischen Wärme

kühlen sich die Trägerkörper bei ihrer Entnahme aus 65 Zustand der Kopfteil 44 sich in der in Fig. 3 dargedem Rohr 20 schnell auf Zimmertemperatur ab. stellten Lage zu dem Tisch 46 befindet. Bei Erregung Wenn die Trägerkörper 22 aus einem geeigneten Stahl des,Magneten 64 wird der Stab 66 nach oben gezogen, gefertigt sind und die Form nach Fig. 4 besitzen, ist so daß das Küken 56 gdreht wird und dann die Lei-

Lötmaterial bestehenden Ringes 16 auf seinen Schmelzpunkt fließt ferner das Lötmittel in den erwähnten Zwischenraum hinein und dichtet die Röhre ab, nachdem es erkaltet ist.

Diese Evakuierung und Abschmelzung der Röhre wird in der Einrichtung nach Fig. 2, 5 und 7 vorgenommen. Das Rohr 20 ist etwa 3 m lang und wird mit den Trägerkörpern 22 gemäß Fig. 4 gespeist.

Wenn man das Küken 56 entgegen dem Uhrzeigersinn dreht, wird die Leitung 52 mit der Leitung 60 verbunden.

Um das Küken 56 der Reihe nach jeweils in die beiden beschriebenen Stellungen zu bringen, ist der Kern eines Elektromagneten 64 über zwei Gelenkarme 66 und 68 mit dem Küken gekuppelt. Der Elektromagnet ist so ausgebildet, daß im unerregten

tungen52 und 62 miteinander verbindet. Hierdurch werden die Kolbenstange 42 und der Kopfteil 44 über den Tisch 46 nach oben gehoben, so daß ein auf der Oberseite des Kopfteils 44 befindlicher Trägerkörper in das Rohr 20 so weit eingeschoben wird, daß sein Flansch 30 oberhalb des Stiftes 34 liegt. Dieser Trägerkörper kann somit, wenn der Kopfteil 44 dann wieder nach unten wandert, sich innerhalb des Rohres 20 nur so weit absenken, daß sein Flansch 30 auf dem Stift 34 aufliegt.

Zur Steuerung der Einspeisung der Trägerkörper in das Rohr 20 mit einer Geschwindigkeit von beispielsweise einem Trägerkörper je Minute dient eine in Fig. 10 dargestellte Einrichtung. Mittels eines Schalthebels 70 kann der Elektromagnet 64 an eine Wechselstromquelle angeschlossen werden. Der Schalter 70 wird über die um eine Achse 76 drehbare und sich im Gegenuhrzeigersinn bewegende Nockenscheibe 72 mit dem Nocken 74 betätigt. Die Achse 76 der Nockenscheibe ist über ein Getriebe 82 an einen Motor 80 angeschlossen. Die Umdrehungsgeschwindigkeit der Nockenscheibe 72 beträgt eine Umdrehung je Minute.

Am unteren Ende 40 des Rohres 20 ist, wie bei 84 und 85 angedeutet, die eine Wandhälfte entfernt, so daß die Trägerkörper 22 auf der Oberfläche des Tisches 46 in das Rohr 20 eingeschoben werden können. Diese Einführung der Trägerkörper in das Rohr 20 wird dadurch erleichtert, daß die Oberseite des Kopfteils 44 mit der Oberfläche des Tisches 46 in einer Ebene liegt, so daß auch die Zuführung der Trägerkörper von Hand nicht schwierig ist. Jedoch kann man natürlich auch automatische, hier nicht mit dargestellte Vorrichtungen zur Einführung der Trägerkörper 22 in das Rohr 20 benutzen.

Aus später zu erläuterten Gründen soll der Zylinder 48 vorzugsweise durch Klammern 86 und 88 (Fig. 3 und 10) an dem Tisch 46 befestigt werden. Der Tisch selbst ist, wie bereits oben erwähnt, mit dem unteren Ende des Rohres 20 fest verbunden. Bei einer Längsausdehnung des Rohres 20 ändert sich also die Lage des Teils 44 zur Tischoberfläche nicht, so daß die Einführung der Trägerkörper in das Rohr 20 stets unverändert leicht möglich ist.

Wenn die Trägerkörper 22 innerhalb des Rohres 20 angehoben werden, tritt der oberste Trägerkörper am oberen Ende des Rohres 20 aus demselben aus. Dieser kann sodann von Hand oder mit automatischen Mitteln entfernt werden.

Es sollen nun die zur Vakuumbehandlung der Werkstücke innerhalb des Rohres 20 dienenden Einrichtungen beschrieben werden. Der Luftdruck am oberen und unteren Ende des Rohres 20 ist der Atmosphärendruck und nimmt nach der Mitte des Rohres 20 hin ab, wo der Druck genügend niedrig ist, um die Elektronenröhren dort zu evakuieren.

Zur Erzeugung dieser Druckverteilung längs des Rohres 20 werden bestimmte Drücke längs bestimmter Zonen des Rohres 20 erzeugt. Die Wand des Rohres 20 ist mit Öffnungen für jede Zone versehen, zu dem Zweck, den Luftdruck innerhalb und außerhalb des Rohres und über die Länge der betreffenden Zone innerhalb des Rohres gleichmachen zu können. Im Mittelteil des Rohres 20 sind zwei sich überdeckende Zonen vorgesehen.

Gemäß Fig. 2 sind zwei mechanische Pumpen 90 und 92 an Anschlußstücke 94 angeschlossen, welche das Rohr 20 in der Nähe seiner beiden Enden umgeben und dort Kammern 98 und 100 bilden. Die beiden Reihen von Öffnungen 102 und 104 bewirken einen Druckausgleich zwischen den beiden erwähnten Kammern und dem Inneren des Rohres.
Jede der beiden Öffnungsreihen 102 und 104 besteht aus achtundzwanzig Öffnungen 106, die, in der Längsrichtung des Rohres 20 gemessen, einen Abstand von etwa 40 mm besitzen und gemäß Fig. 11 im Rohr angeordnet sind. Jede Öffnung hat einen

ίο Durchmesser von etwa 6 mm. Zu jeder Öffnungsreihe gehören sieben Reihen von je vier Öffnungen, wobei die Einzelreihen am Umfang des Rohres 20 gleichmäßig verteilt sind. Aufeinanderfolgende Einzelreihen sind gegeneinander versetzt, so daß man alle achtundzwanzig Öffnungen auf einer verhältnismäßig geringen Länge des Rohres anbringen kann, ohne das Rohr erheblich zu schwächen. Der Luftwiderstand zwischen dem Innern des Rohres 20 und den Kammern 98 bzw. 100 wird auch entsprechend gering.

Durch die Pumpen 90 und 92 werden die Kammern 98 und 100 evakuiert und somit gleichzeitig auch das Innere des Rohres 20 evakuiert. Der Luftdruck im Inneren des Rohres 20 hängt von einer Reihe von Faktoren ab. Zu diesen Faktoren gehören die Saugleistung der Pumpen, der Luftwiderstand zwischen den Enden des Rohres 20 und der Luftwiderstand der Öffnungsreihen 102 und 104 und ferner der Grad der Abdeckung dieser Luftwiderstände durch die Trägerkörper 22.

Bei der Einrichtung nach Fig. 2 kann innerhalb der Kammern 98 und 100 sowie innerhalb des Rohres 20 beim Durchlaufen dieser Kammern ein Druck von weniger als 10 mm Hg, nämlich von etwa 6 mm Hg, erzielt werden. Ein derartiger Druck läßt sich mit einem inneren Durchmesser des Rohres 20 von 2,6 cm bei einem Abstand der Lochgruppen 102 und 104 vom jeweiligen Ende des Rohres von etwa 50 cm und bei einem Zwischenraum von etwa 0,07 mm zwischen dem Außenumfang des Flansches 30 und der Innenwand des Rohres 20 erreichen. Der erreichbare Gasdruck hängt natürlich auch von dem Druck im Inneren der Kammern 98 und 100 ab.

Um einen niedrigen Gasdruck in der Mitte des Rohres 20 zu erzeugen, wird die in Fig. 2 und 5 dargestellte Kammer 110, die den mittleren Teil des Rohres 20 umgibt, benutzt. Die Kammer 110 hat eine zylindrische Form, eine Länge von etwa 125 cm und einen Durchmesser von etwa 30 cm. Am oberen und unteren Ende ist die Kammer 110 mittels der Bälge 112 und 114 abgedichtet. Der Behälter 110 ruht auf einem Tisch 116, der durch vier Stützen 118, 120 und 122 getragen wird. Der Behälter 110 dient dem doppelten Zweck, einen niedrigen Gasdruck in der Umgebung des mittleren Teiles des Rohres 20 zu erzeugen und dieses Rohr 20 zu tragen.

Zur Erzeugung dieses niedrigen Gasdruckes, der etwa 2-10-* mm Hg beträgt, ist der Behälter 110 an eine Öldiffusionspumpe 124 mit mechanischer Vorpumpe 126 über eine Leitung 128, die einen geringen Saugwiderstand besitzt, angeschlossen. Die Öldiffusionspumpe hat eine Saugleistung von 5001 je Sekunde. Die benutzte mechanische Vorpumpe hatte eine Saugleistung von 65 Kubikfuß je Minute.
Zur Herstellung eines Druckausgleichs zwischen dem niedrigen im Behälter 110 erzeugten Gasdruck und dem Innenraum des Rohres 20 an der den Behälter 110 durchsetzenden Stelle sind mehrere Reihen von Öffnungen in der Wand des Rohres 20 ange-

bracht. Es handelt sich zunächst um zwei Reihen von Öffnungen, die beide je nur durch eine Öffnung 129 und 130 in Fig. 2 und 5 angedeutet sind und von denen jede nach Fig. 11 ausgebildet sein soll, d.h. achtundzwanzig Löcher enthalten soll. Diese beiden nur durch die Löcher 129 und 130 in Fig. 2 und 5 angedeuteten Öffnungsreihen liegen innerhalb der Bälge 112 und 114. Jede dieser Öffnungsreihen ist etwa 90 cm vom oberen bzw. unteren Ende des Rohres 20 entfernt. Ein weitere Reihe von Öffnungen 131, die ebenfalls gemäß Fig. 11 ausgebildet werden können, hat von der Öffnungsreihe 129 einen Abstand von etwa 30 cm. Weitere Reihen von öffnungen 132, in denen gemäß Fig. 12 jeweils vier öffnungen um den Umfang des Rohres 20 herum gleichmäßig verteilt sein sollen, haben einen Durchmesser von je etwa 6 mm und liegen zwischen den Öffnungsreihen 130 und 131.

Alle diese öffnungen in der Wand des Rohres 20 bewirken einen einigermaßen konstanten Druck innerhalb des Behälters 110 von etwa 2-10-⁴mmHg. Dies gilt auch dann, wenn die innerhalb des Rohres 20 befindlichen Werkstücke in das Innere des Behälters 110 erhebliche Gasmengen abgeben.

Der Gasdruck im Behälter 110 und im Inneren des Rohres 20, das über die Öffnungsreihen 129,130,131 und 132 evakuiert wird, ist jedoch noch nicht genügend niedrig, um die zu bebändernden Werkstücke der erforderlichen Vakuumbehandlung auszusetzen. Es wird daher innerhalb des Behälters 110 ein weiterer Behälter 133 vorgesehen, der eine Länge von etwa 30 cm besitzt. Dieser zweite Behälter oder innere Behälter 133 ist halbkreisförmig und besitzt eine ebene Seite 134 (Fig. 5), die an dem halbkreisförmigen Teil 136 befestigt werden kann. Die ebene Wand 134 ist an einer Luftleitung 138 befestigt, welche die Wand des Behälters 110 durchsetzt.

Zur Entlüftung der Kammer 133 auf einen Druck von 10 -⁵ mm Hg wird die Leitung 138 an eine öldiffusionspumpe 140 (Fig. 2) mit Vorpumpe 142 angeschlossen. Die Pumpe 140 hat eine Saugleistung von 3001 je Sekunde.

Zur Herstellung eines Druckausgleichs zwischen der Kammer 133 und dem Inneren des von dieser Kammer umschlossenen Teiles des Rohres 20 dienen zwei Reihen von Öffnungen 144 und 146, die gemäß Fig. 11 ausgebildet sind. Diese beiden Reihen von öffnungen, die in Fig. 2 erkennbar sind, haben, längs des Rohres 20 gemessen, einen Abstand von etwa 23 cm. Zwischen diesen beiden Reihen von öffnungen 144 und 146 befinden sich drei weitere Reihen von Öffnungen 148 der in Fig. 12 dargestellten Ausbildung. Diese Reihen 148 haben untereinander einen Abstand von je etwa 40 mm. Über diese insgesamt fünf Reihen von Öffnungen wird innerhalb der Kammerl33 nun das Innere des Rohres 20 auf den innerhalb der Kammer 133 herrschenden Druck entlüftet. Der Druck im Rohr 20 beträgt dann 10 ~⁵ mm Hg, und zwar auch dann, wenn die im Rohr 20 befindlichen Werkstücke erhebliche Gasmengen abgeben.

Der Druckunterschied zwischen dem Innenraum des Behälters 110 und dem Innenraum des Behälters 133 ist übrigens beträchtlich. Um diesen Druckunterschied aufrechtzuerhalten und eine Ausdehnung des Rohres 20 gegenüber dem Behälter 133 zu ermögliehen, sind an dem inneren Behälter 133 Ringdichtungen 150 und 152 angebracht, welche das Rohr 20 eng umschließen und doch eine Bewegung des Rohres 20 gegenüber dem Behälter 133 ermöglichen. Zu diesem Zweck darf der Zwischenraum zwischen dem Rohr 20 und den Ringdichtungen 150 und 152 nicht mehr als 0,07 mm betragen.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß der Druck in den Kammern 98,100,110 und 133 innerhalb des Rohres 20 eine sogenannte konkave Druckverteilung hervorruft. An den beiden Enden des Rohres herrscht also Atmosphärendruck, während in dem die Kammer 133 durchsetzenden Teil des Rohres 20 ein Gasdruck von etwa 10 - ⁵ mm Hg herrscht. Diese Druckverteilung wird aufrechterhalten, obwohl die beiden Enden des Rohres 20 offen sind. Zwischen den Trägerkörpern 22 und der Innenwand des Rohres 20 muß jedoch ein bestimmter Abstand aufrechterhalten werden, um die Trägerkörper durch das Rohr 20 ungehindert hindurchlaufen lassen zu können. Die hohe Entlüftung des Rohres 20 in seinem mittleren Teil ist jedoch trotz dieses Abstandes möglich.

Der Behälter 110 dient nicht nur zur Erzielung eines niedrigen Gasdrucks, sondern auch zur Abstützung des Rohres 20. Um diese Abstützfunktion auszuüben, ist der Behälter 110, wie oben bereits erwähnt, auf dem Tisch 116 befestigt.

Das Rohr 20 ist mit den beiden Enden des Behälters 110 über die beiden bereits oben erwähnten Bälge 112 und 114 verbunden. Zu diesen Bälgen gehören Hülsen 160 und 162, welche auf der Außenfläche des Rohres 20 befestigt sind. Die Balgkörpei 164 und 166 sind an ihrem einen Ende beispielsweise durch Hartlöten oder Schweißen mit den Hülsen 160 und 162 verbunden. Die anderen Enden der zylindrischen Balgkörper sind, beispielsweise ebenfalls durch Löten oder Schweißen, mit den Stirnwänden des Behälters 110 verbunden. Die Balgkörper können aus rostfreiem Stahl bestehen und können eine Dicke von 0,5 bis 0,8 mm besitzen, wenn sie das Rohr 20 tragen sollen.

Die Bälge 112 und 114 üben aber außerdem noch eine Zugbeanspruchung auf das zwischen ihnen befindliche Rohr 20 aus. Diese Zugbeanspruchung dient dazu, bei der verhältnismäßig hohen betriebsmäßig auftretenden Temperatur des Rohres eine Rohrdeformation zu verhindern.

Gewünschtenfalls kann die Abstützfunktion der Bälge 112 und 114 noch durch zusätzliche Anordnungen unterstützt werden. Diese zusätzlichen Anordnungen enthalten dreiarmige Sterne 168, 170, welche auf dem Umfang des Rohres 20 in einem gewissen Abstand von den Bälgen festgeklemmt werden. Die Druckfedern 172 und 173 liegen einerseits an den Stirnwänden des Behälters 110 und andererseits an Armen der sternförmigen Körper 168,170 an. Die Federn befinden sich auf Führungsstäben 174,175, auf denen die sternförmigen Körper gleiten können. Bei Benutzung dieser zusätzlichen Traganordnung und Spanneinrichtung können die Bälge mit einer geringeren Dicke, beispielsweise mit 0,3 mm Dicke, ausgeführt werden.

Die zu behandelnden Werkstücke müssen aber nicht nur einem verminderten Druck ausgesetzt, sondern müssen auch entgast werden. Ferner muß die innerhalb jeder Elektronenröhre befindliche Kathode aktiviert werden und die Röhre selbst abgeschmolzen werden. Zu diesem Zweck wird längs des Rohres 20 eine sogenannte konvexe Temperaturverteilung erzeugt» Vom Einführungsende des Rohres 20 an steigt die Temperatur also an, und die abzuschmelzende

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Röhre wird zunächst entgast und ihre Kathode akti- Materials, wegen seiner geringen Wandstärke und

viert, worauf die Abschmelzung erfolgt. Sodann vermöge der Öffnungen 144,146 und 148 kann der

nimmt die Temperatur allmählich wieder ab, so daß durch die Spule 202 erzeugte Hochfreqenzfluß in das

bei der Abkühlung der Röhre keine nennenswerten Innere des Rohres 20 eindringen und durch die in den

Spannungen im Kolben entstehen. 5 Trägerkörpern befindlichen Öffnungen 26 hindurch

Die Heizeinrichtungen bestehen aus zwei Strah- die zu behandelnden Werkstücke erhitzen. Die Hoch-

lungsheizeinrichtungen 176, 177 und aus einer da- frequenzspule kann dabei die Werkstücke auf eine

zwischen angeordneten Hochfrequenzeinrichtung 178. Temperatur von etwa 950° C bringen.

Jede der Heizeinrichtungen 176 und 177 enthält zwei Um die durch die Spule 202 erzeugte Wärme mög-

Isolierkörper 180 und 182 von halbzylindrischer io liehst vollständig dem Rohr 20 zuzuführen, sind zwei

Form nach Fig. 8, die beispielsweise aus künstlichem konzentrische Abschirmwände 220 und 222 vorge-

Korund bestehen können. Diese Isolierkörper 180 sehen. Sie bestehen aus einem gut Wärme reflektie-

und 182 besitzen nach innen verlaufende Rippen 184, renden Material, beispielsweise aus nichtrostendem

zwischen denen also Vertiefungen 186 entstehen. 3n Stahl.

diesen Zwischenräumen oder Vertiefungen wird ein 15 Die Verwendung einer Hochfrequenzspule zur ErDraht 188 von hohem elektrischem Widerstand an- hitzung des Bereiches der maximalen Entlüftung ist gebracht. Die Enden dieses Heizdrahtes werden über deshalb vorteilhaft, da eine Hochfrequenzspule eine die Leitungen 190 und 192 an eine Heizstromquelle verhältnismäßig kleine Masse besitzt, die sich leichter angeschlossen, und die Enden 194 und 196 des Heiz- entgasen läßt als die Strahlungsheizeinrichtungen.
drahtes 188 in der Heizeinrichtung 177 liegen eben- 20 Das Rohr 20 soll sich also an der heißesten Stelle falls an dieser Heizstromquelle. radial erweitern, während die Trägerkörper keine

Jede der Heizeinrichtungen 176 und 177 besitzt Durchmesservergrößerung-zeigen sollen,
noch einen Wärme stark reflektierenden Außenzylin- Durch die Vergrößerung des Innendurchmessers der, der beispielsweise aus nichtrostendem Stahl be- des Rohres 20 und wegen des gleichbleibenden Durchstehen kann. 25 messers der Trägerkörper 22 wird der Zwischenraum

Die innerhalb des Rohres 20 durch die Heizein- zwischen der Innenwand des Rohres 20 und den

richtungen 176 und 177 erzeugte Temperatur beträgt Flanschen 30 und 31 der Trägerkörper 22 vergrößert,

etwa 800° C. Diese Temperatur herrscht an der Ober- Hierdurch verkleinert sich der Strömungswiderstand

seite und Unterseite der inneren Vakuumkammer 133 für das abzupumpende Gas, wenn die Flansche sich

und nimmt in der Richtung der Enden des Rohres 20 30 zwischen zwei Öffnungsreihen des Rohres befinden,

ab. Diese Temperaturabnahme ist dabei zum Teil auf Bei einer Vergrößerung des Abstandes zwischen

die von der Hochfrequenzheizeinrichtung 178 inner- der Innenfläche des Rohres 20 und den Außenflächen

halb der Kammer 133 erzeugte Temperatur zurück- der Trägerkörper 22 könnte an sich die Gefahr des

zuführen. Kippens der Trägerkörper entstehen, jedoch ist der

Die Einrichtung 178 enthält eine Spule 202, welche 35 axiale Abstand der Flansche 30 und 31 groß genug, einen bestimmten Abstand von dem Rohr 20 besitzt. um diese Gefahr zu beseitigen.
Die Enden der Spule 202 sind durch die ebene Wand Ein wichtiger Vorteil der beschriebenen Einrich-134 und durch die Seitenwand des Behälters 110 hin- tung besteht darin, daß der Abdichtungsring 16 nicht durchgeführt, und zwar unter Benutzung einer in in das Innere der Röhre hineingesaugt werden kann, Fig. 5 und 6 dargestellten Durchführungseinrichtung 40 wenn er auf Schmelztemperatur gebracht wird. Dieser 204. Diese enthält koaxiale Rohre 206 und 208, die Vorteil wird dadurch herbeigeführt, daß der Ring 16 beispielsweise aus Kupfer bestehen können und in erst innerhalb der Vakuumkammer 133 auf Schmelzeinem Isolierkörper 210 angebracht sind. Dieses korn- temperatur kommt. Der Ring 16 erstarrt sodann wiepressible Isoliermaterial 210 befindet sich in einem der, während das Werkstück die Heizeinrichtung 176 Ringraum zwischen den Rohren 206 und 208, der 45 durchläuft. Die Entlüftung ist innerhalb des Behälters durch einen Stopfen 212 aus Isoliermaterial ver- 110 noch so stark, daß der Ring 16 nicht in das schlossen wird. Der Stopfen 212 ist mit zwei Schrau- Innere der Elektronenröhre eindringen kann,
ben 216 befestigt. Diese greifen in einen Körper 214 Es ist vorteilhaft, die in Fig. 2 dargestellte Einrichein, in welchen die Hohlleitungen 206 eingearbeitet tung in Betrieb zu setzen, nachdem das Rohr 20 mit sind. Diese Einrichtung204 durchsetzt die Wände der 50 Trägerkörpern 22, die jedoch noch leer sind, gefüllt Behälter 110 und 133, wobei ein Kontakt zwischen worden ist. Diese Trägerkörper schließen dann zudiesen Wänden und der Außenleitung 206 zustande nächst die Rohrenden gegen die Atmosphäre zum kommt. Diese Außenleitung ist hochfrequenzmäßig Teil ab und erleichtern die erste Erzeugung des gegeerdet, wünschten Vakuums.

Die innere Leitung 208 ist an eine Hochfrequenz- 55 Bevor in den ersten Trägerkörper ein Werkstück

quelle 217 (Fig. 2) von etwa 400 kHz und einer Lei- eingeführt wird, sollte das Vorhandensein der be-

stung von etwa 2 kW angeschlossen. triebsmäßigen Temperaturen an allen Stellen der Ein-

Die koaxialen Leitungen 206 und 208 und die richtung kontrolliert werden. Die Temperaturkontrolle

Spule 202 werden von einem Kühlmittel durchflossen. geschieht mit Thermoelementen 224 (Fig. 7), die an

Der durch die Spule 202 erzeugte Fluß muß in das 60 den verschiedenen zu kontrollierenden Stellen längs

Innere des Rohres 20 eindringen. Dies ist nicht nur des Rohres 20 angebracht sind und deren Leitungen

vermöge der öffnungen 144, 146 und 148 in der aus dem Behälter 110 herausgeführt sind. Außerdem

Röhrenwand, sondern auch deshalb möglich, weil die ist es zweckmäßig, das Vakuum an den verschiedenen

Wand des Rohres 20 sehr dünn ist und aus unmagne- Stellen innerhalb der beschriebenen Einrichtungen

tischem Material besteht. Dieses Rohr kann aus einer 65 mittels nicht im einzelnen dargestellter Meßeinrich-

unter dem Handelsnamen Inconel bekannten Legie- tungen laufend zu überwachen,

rung bestehen, und seine Wandstärke beträgt etwa Wenn die beschriebene Einrichtung außer Betrieb

0,1mm. Wegen dieses für das Rohr 20 verwendeten genommen wird, ist es wichtig, kein Werkstück im

Rohr 20 zu belassen. Die in dem Rohr befindlichen Werkstücke sind nämlich dann erst zum Teil fertiggestellt. Es ist daher zweckmäßig, vor der Außerbetriebnahme das Rohr 20 mit leeren Trägerkörpern zu füllen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Vakuumbehandlung von mehreren Werkstücken, beispielsweise von Elektronenröhren, in einem gemeinsamen Vakuumgefäß, dadurch gekennzeichnet, daß der Reihe nach Trägerkörper, welche die Werkstücke enthalten, in das eine Ende eines Rohres eingesetzt werden, welches die Trägerkörper eng umschließt und lang genug ist, um viele solche Trägerkörper aufzunehmen, daß das Rohr über seine Länge eine Reihe von Öffnungen enthält, über welche die Werkstücke einem immer tieferen Druck unterworfen werden, während sie das Rohr durchwandern, bis sie sich zwischen dem erwähnten Rohranfang und dem anderen Ende des Rohres, das zur Entnahme der behandelten Werkstücke dient, in dem gewünschten Vakuum befinden und dort die beabsichtigte Behandlung erfahren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der immer tiefer werdende Druck mittels einer Reihe von Vakuumpumpen erzeugt wird, die mit verschiedenen Punkten des Rohres verbunden sind, daß die in der Nähe seiner Enden mit dem Rohr verbundenen Pumpen einen Druck unterhalb des Atmosphärendrucks erzeugen, die mit weiter innerhalb des Rohres liegenden Punkten verbundenen Pumpen einen tieferen Druck erzeugen, und daß die mit dem mittleren Teil des Rohres verbundene Pumpe den tiefsten Druck erzeugt.

3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke auf ihrem Wege bis zur Mitte des Rohres einer ansteigenden Temperatur unterworfen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem die Werkstücke verlötet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke in der Nähe des Beladungsendes des Rohres zunächst vorgeheizt werden, sodann im Mittelteil des Rohres auf die Verlötungstemperatur gebracht werden und auf ihrem Wege von der Rohrmitte zum Entladungsende des Rohres einer langsamen Kühlung unterworfen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung der Werkstücke auf die Maximaltemperatur durch Hochfrequenzheizung erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochfrequenzstrom einer Spule zugeführt wird, welche das Rohr umgibt und selbst aus einem hohlen Leiter besteht, der von einer Kühlflüssigkeit durchströmt wird.

7. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Rohr in vertikaler Lage befindet, daß seinem Beladungsende ein in vertikaler Richtung hin- und hergehender Kolben zugeordnet ist, daß der Kolben bei seiner aufwärts gehenden Bewegung einen Trägerkörper in das Rohr einführt und alle über diesem Trägerkörper befindlichen, schon vorher eingeführten Trägerkörper um eine Höhe, die größer ist als diejenige eines Trägerkörpers, in dem Rohr nach oben verschiebt, daß diese Trägerkörper bei der Rückkehr des Kolbens in seine unterste Stellung durch einen Tragstift gehalten werden, der bei der Einführung jedes neuen Trägerkörpers zurückgeschoben wird.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke in der Mitte des Rohres einen größeren Abstand von den Rohrwänden besitzen als in der Nähe der Rohrenden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 868 610.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1051986.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

109 740/452 11.61