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Verfahren zur Herstellung einer Glas-, insbesondere Druckgl.aseinschmel'zung
Zur elektrischen bzw. wärmeisolierenden Einführung von Metallteilen in Metallgefäße,
wie z. B. Vakummgefäße, vorzugsweise von Elektroden in Stromrichterentladungsgefäße,
sind spannungslose Glaseinschmelzungen und auch Druckglaseinschmelzungen bekannt.
Sie bestehen aus einem äußeren zylindrischen, bei spannungslosen Glaseinschmelzungen
schwachwandigen, bei Druckglaseinschmelzungen starkwandigen Metallteil, dem innenliegenden
Metallteil, z. B. der Elektrode, und der Glasmasse zwischen beiden Metallteilen.
Beim Einschmelzen des inneren Metallteiles, z. B. eines Metallstabes, ist eine Unterlage
aus Graphit oder Asbest zur Abstützung der durch die Einschmelzhitze teigig werdenden
Glasmasse erforderlich, um zu verhindern, daß das Glas aus der Öffnung zwischen
den beiden Metallteilen unten herausfließt. Die Unterlage hat den Nachteil, daß
die Glasoberfläche durch das Einschmelzen kleinster Graphit- bzw. Asbestpartikelchen
verschmutzt. Dadurch kann einer Rissebildung im Glas Vorschub geleistet werden,
wodurch die Lebensdauer der Glaseinschmelzung beeinträchtigt ist. Ferner wird bei
Verwendung der Glaseinschmelzung für elektrische Zwecke die Kriechstromfestigkeit
der Glasoberfläche durch die Graphitpartikelchen bzw. durch eine erleichterte Staubablage
an der rauhen Glasoberfläche verringert.
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Es ist ferner aus der deutschen Patentschrift 963 806 eine vakuumdichte
Einschmelzung für Stromzuführungen in Entladungsröhren bekannt, bei welcher der
Stromleiter unmittelbar unter Zwischenfügung einer Glasmasse zentrisch mit einem
buchsen-oder hülsenförmigen Metallgebilde verbunden ist und der äußere Metallteil
eine leicht konische Gestalt aufweist. Hier ist der innere Metallteil als Träger
der an der späteren Abdichtungsstelle erforderlichen Glasmasse benutzt, die in Form
eines Glasrohres an dem drahtförmigen inneren Metallleiter befestigt ist. Die Einschmelzung
wird in der Weise hergestellt, daß der drahtförmige Stromleiter in den konischen
Metallteil gesteckt wird, wobei die Glasmasse auf der inneren Oberfläche des konischen
Metallteiles in erhöhter Lage ruht. Bei der sich dann anschließenden Erhitzung schmilzt
das Glas, fließt nach außen und nach unten und nimmt den drahtförmigen Metallteil
mit. Dabei fließt die Glasmasse auch unten aus der Öffnung zwischen den beiden Metallteilen
teilweise heraus, was durch die abwärts gerichtete Bewegung des drahtförmigen Metallteiles
während des Einschmelzvorganges begünstigt wird. Dieses Einschmelzverfahren ist
daher nur dann verwendbar, wenn die Öffnung zwischen den Metallteilen klein ist.
Die fertige Einschmelzung hat noch den Nachteil, daß sie wegen der geringen Kriechweglänge
zwischen beiden Metallteilen nur für Niederspannung brauchbar ist, weil keine größere
Glasmasse z. B. in Form eines konischen Glasringes mit größerem Durchmesser und
daher kein längerer Kriechweg in horizontaler Richtung vorhanden ist. Ein weiterer
Nachteil besteht darin, daß der innere Metallteil während des Ein schmelzvorganges
nicht fixiert ist, so daß er während des Einschmelzvorganges unkontrollierte Bewegungen
durchführen und auch exzentrische Lagen einnehmen kann.
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Erfindungsgemäß werden bei einer spannungslosen Glas- bzw. einer spannungsbehafteten
Druckglaseinschmelzung, bestehend aus einem äußeren und einem inneren Metallteil
sowie einer Glasmasse zwischen den beiden Metallteilen, die genannten Nachteile
dadurch vermieden, daß der Querschnitt der unteren Öffnung des die Glasmasse enthaltenden
Raumes zwischen den beiden Metallteilen verringert, der innere Metallteil gegenüber
dem äußeren in seiner Lage während des Einschmelzvorganges unverrückbar fixiert
ist, und daß beide Metallteile an bzw. in der Nähe dieser Öffnungsstelle während
der Herstellung der Einschmelzung bis wenige Grade Celsius (etwa 30° C) unter die
Erweichungstemperatur der verwendeten Glasmasse gekühlt werden.
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Durch die Erfindung wird erreicht, daß die Glasmasse im Bereich der
Öffnung nur einen geringen Querschnitt und eine wenige Grade über der Erweichungstemperatur
liegende Temperatur hat, so daß sich die Glasmasse mit dem äußeren Metallteil und
der Glasumwicklung des inneren Metallteiles verbinden kann, ohne daß Glasmasse aus
der Öffnung heraustropft.
Der Querschnitt der Öffnung kann dadurch
verringert werden, daß der innere Metallteil im Bereich der Öffnung des äußeren
Metallteiles in an sich bekannter Weise mit einer Glasbewicklung versehen und daß
der äußere Metallteil konisch gestaltet und so angeordnet ist, daß der Konusteil
mit dem kleineren Durchmesser verstärkten Teil des inneren Metallteiles gegenübersteht.
Der innere Metallteil ist im Gegensatz zu der bekannten Anordnung nicht der Träger
der in den Raum zwischen den beiden Metallteilen einzubringenden Glasmasse, sondern
an einer bestimmten Stelle mit einem größeren Querschnitt versehen. Der größere
Querschnitt kann nicht nur durch die schon erwähnte Beglasung, sondern auch durch
Aufbringen und Befestigen eines Isolierkörpers, z. B. eines Porzellankörpers oder
eines Keramikrohres, auf den bzw. am inneren Metallteil erhalten werden.
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Die erforderliche Kühlung kann gemäß der Erfindung dadurch erzielt
werden, daß eine oder mehrere Kühleinrichtungen für beide Metallteile an und oder
in der Nähe der erwähnten Öffnung während des Einschmelzvorganges angeordnet sind.
Die Kühleinrichtung kann als Abstützung der Metallteile und damit . auch als Fixiereinrichtung
für den inneren Metallteil gegenüber dem äußeren ausgebildet sein.
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Als Kühlelemente können z. B. an sich bekannte Kühlfahnen und/oder
Metallklötze angewendet werden, welche Luft- oder flüssigkeitsgekühlt sein können.
Die Kühlelemente können außerhalb des Ofens angebracht sein. In diesem Falle würde
eine Luftkühlung genügen. Liegen die Kühlelemente jedoch im Ofen, so sind sie flüssigkeitsgekühlt.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung kann darin betehen, daß der innere
Durchmesser des äußeren Metallteiles an der Öffnungsstelle ein Mehrfaches, vorzugsweise
das Zwei- bis Fünffache, des äußeren Durchmesser des an der Öffnungsstelle verstärkten
inneren Metallteiles beträgt.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung hat die Glasmasse solche Abmessungen,
daß sich eine Kriechweglänge für die jeweils erforderliche Prüfspannung ergibt.
Der Kriechweg setzt sich aus dem im wesentlichen horizontalen Oberflächenteil der
den Raum zwischen beiden Metallteilen füllenden konischen Glasmasse und dem vertikalen
Teil der aus der Öffnung herausragenden Verdickung, z. B. der Glasumwicklung des
Einschmelzstabes zusammen.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind. in der Figur 1 schematisch
dargestellt, wobei die linke Hälfte der Figur eine spannungslose oder spannungsarme
Einschmelzung und :die rechte Hälfte der Figur eine unter Spannung stehende, eine
sogenannte Druckglaseinschmelzung im Querschnitt zeigt. Das Herstellungsverfahren
der Glasverschmelzung ist an der Abbildung 2 erläutert.
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Gemäß der Figur 1 ist der äußere Metallteil der Glasverschmelzung
mit 1, der Einschmelzstab mit 2, die auf ihm befindliche Beglasung bzw. Glasbewicklung
mit 3 und die den Raum zwischen den Metallteilen füllende Glasmasse mit 4.a bezeichnet.
Die Glasbewicklung 3 ragt um die Länge 5 unten aus der konischenGlasmasse 4 a heraus.
Die konische Glasmasse hat oben einen großen :Durchmesser 7 und unten einen kleinen
Durchmesser B.
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Die rechte Einschmelzung ist eine Druckglaseinschmelzung, bei welcher
der konische Teil gegenüber dem Flanschteil :des äußeren Metallteiles im Querschnitt
verstärkt ist. Die linke Einschmelzung ist eine spannungsarme bzw. spannungslose
mit normal bemessenem Querschnitt des äußeren Metallteiles.
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Für ,das Herstellungsverfahren sind gemäß Figur 2 Kühlelemente 9 und
10 vorgesehen, und zwar entweder innerhalb eines Ofens 6 mit dem Boden 6 b oder
außerhalb eines Ofens 6 mit dem Boden 6a. Zunächst wind der metallische Einschmelzstab
2 mit einer Beglasung 3 versehen, um den Durchmesser zu vergrößern. Dann wird er
in die Aussparung 11 des Kühlelementes 10 eingesetzt. Dadurch, daß sein unteres
Ende auf dem Boden der Aussparung 11 aufsitzt und der Durchmesser des Einschmelzstabes
2 und der Durchmesser der Aussparung 11 einander angepaßt sind, ist die Lage des
Einschmelzstabes 2 fixiert. Dann wird der äußere Metallteil l auf das Kühlelement
9 gesetzt. Dieses hat einen Rand 9 a zur Zentrierung des Metallteiles 1, so daß
die beiden Metallteile 1 und 2 unverrückbar festliegen. Anschließend wird der mit
einer Bohrung 12 für .den Durchtritt des Einschmelzstabes 2 versehene konische Glasring
4 eingebracht. Die Kühlelemente 9 und 10 sind an Kühlwasserleitungen 13 und 14 angeschlossen.
Durch die Ofenhitze schmilzt der Glaskörper 4 und nimmt die in der Figur 1 im Querschnitt
dargestellte Gestalt 4 a an. Die Beglasung 3 wird nicht flüssig, weil der metallische
Einschmelzstab 2 gekühlt ist. Auch der untere Teil des Glaskörpers 4 wird wegen
der vorhandenen Kühlung nur schwach teigig, aber nicht flüssig.
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An Stelle eines durchbohrten konischen Glaspfropfens oder Glasringes
4 kann auch Glaspulver zur Füllung des Raumes zwischen den beiden Metallteilen verwendet
werden. Um zu verhindern, daß das Glaspulver unten aus der Öffnung herausfällt,
genügt es im .allgemeinen, das Glaspulver anzufeuchten, bevor es in den äußeren
Metallteil gebildeten Trichter geschüttet wird. Wird auf diese Weise keine genügend
große Haftung erzielt, so kann der zum Anfeuchten verwendeten Flüssigkeit ein Klebemittel
zugesetzt werden.
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Die Erfindung ist außer bei elektrischen Entladungsgefäßen auch bei
anderen Gefäßen und Behältern zu verwenden, beispielsweise wenn es sich darum handelt,
ein Rohr flüssigkeits- oder luftdicht durch eine Behälterwand hindurchzuführen,
oder aber Leitungen von Schaltgeräten und Steueranordnungen in schlagwettergeschützte
Gehäuse einzuführen.