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VerfAren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem Metallteil
und einem Isolierteil aus Glas oder Keramik Die Erfindung betrifft Verfahren zum
Herstellen einer Verbindung zwischen einem Metallteil und einem Isolierteil aus
Glas oder Keramik mittels Erhitzung durch direkten Stromdurchgang durch den Metallteil.
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Es ist bekannt, Glas-Metall-Verschmelzungen mittels Erhitzung durch
direkten Stromdurchgang herzustellen. So kann man z. B. eine Scheibenanglasung mittels
Joulescher Wärme mittels eines metallischen Anglasringes herstellen, der mit Zuleitungslaschen
zum Anschluß an eine Stromquelle versehen ist (Finke, »Technologie der Glasverschmelzungen«,
1961, S. 90).
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Aus der deutschen Patentschrift 909 907 ist außerdem ein Verfahren
zum Verbinden eines metallischen, rohrförmigen Teiles mit einem Teil aus wärmebeständigem
Werkstoff bekannt, bei dem der Metallteil nach Einsetzen in den Teil aus dem wärmebeständigen
Werkstoff mittels Stromdurchgang bis zum Erweichen erwärmt und gleichzeitig oder
unmittelbar anschließend in axialer Richtung zusammengepreßt und durch Zusammenknicken
zu einem flanschartigen Wulst als Gegenlager verformt Wird.
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Zur Verschweißung thermoplastischer Stoffe (Kunststoffe) sind außerdem
sogenannte Wärmeimpulsverfahren bekannt, bei denen der Schweißstelle nur kurzzeitig
Wärme zugeführt wird, die z. B. durch einen Stromimpuls in einem Widerstandsheizelement
erzeugt werden kann.
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Die bekannten Verfahren haben Nachteile, wenn es auf hohe Maßhaltigkeit
ankommt. Außerdem werden manchmal nur kleinflächige Berührungsbereiche gefordert,
um dielektrische Verluste klein zu halten.
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Ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindung zwischen einem Metallteil
und einem Isolierteil aus Glas oder Keramik mittels Erhitzung durch direkten Stromdurchgang
durch den Metallteil ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung
durch einen intensiven, nur einen Bruchteil einer Sekunde dauernden Stromimpuls
erfolgt, durch den nur ein begrenzter Oberflächenbereich des Isolierteiles auf die
zur Verschmelzung erforderliche Temperatur erhitzt wird.
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Bezüglich weiterer Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche
verwiesen.
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Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Herstellung
von Wanderfeld-Verstärkerröhren, und die Erfindung wird daher im folgenden in erster
Linie an Hand der Herstellung solcher Röhren erläutert. Bestimmte Typen von Wanderfeld-Verstärkerröhren
enthalten eine langgestreckte Metallwendel, die koaxial in einem länglichen rohrförinigen
Kolben montiert ist. An einem Ende der Wendel befindet sich innerhalb einer Verdickung
des Kolbens ein Elektronenstrahlerzeugungssystem, das einen Elektronenstrahl koaxial
durch die Wendel zu einem Kollektor schießt, der sich am anderen Ende der Wendel
befindet. An den beiden Enden der Wendel befinden sich Kopplungsanordnungen, über
die ein hochfrequentes Signal auf die Wendel gekoppelt werden kann, um längs dieser
ein wanderndes Feld zu erzeugen, das mit dem Elektronenstrahl in Wechselwirkung
tritt, und die es gestatten, das verstärkte Hochfrequenzsignal von der Wendel auszukoppeln.
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Da während der Herstellung und beim Ausheizen der Röhre Temperaturen
in der Größenordnung von 5001 C auftreten, müssen die Teile der Röhre
aus hitzebeständigen oder hochwarmfesten Werkstoffen bestehen. Für den Röhrenkolben
verwendet man gewöhnlich ein verlustarmes Hartglas oder Keramik, die Wendel besteht
gewöhnlich aus einem Wolframdraht. Um die Einhaltung der geforderten elektrischen
Toleranzen zu gewährleisten, muß die Wendel mit hoher Genauigkeit hergestellt und
im Kolben
montiert werden, d. h., die Wendel muß mit genau
bestimmtem Durchmesser und genauer Steigung gewickelt werden, und diese Parameter
dürfen sich während der Montage und dem späteren Gebrauch der Wanderfeldröhre nicht
ändern. Um gewisse Spezifikationen bezüglich der Betriebgbedingungen erfüllen zu
können, muß die Wendel in irgendeiner Weise befestigt werden, so daß sie weitgehend
unempfindlich gegen Krafteinwirkungen von außen ist. Die Befestigung soll jedoch
die elektrischen Parameter der Wanderfeldröhre möglichst wenig beeinflussen. So
besteht beispielsweise die Gefahr, daß der Verstärkungsgrad der Röhre durch eine
übermäßige dielektrische Belastung der Wendel durch die Halterungen herabgesetzt
wird. Das Problem besteht also darin, die Wendel mit einem Minimum a"n dielektrischer
Belastung so genau und so sicher wie möglich zu haltem.
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Bei den bekannten Konstruktionen wird im allgemeinen ein einheitlicher
Kolben verwendet, der einen rohrförmigen Teil für die Wendel und einen ausgebauchten
Teil für das Strahlerzeugungssystein umfaßt. Die Wendel kann in der Röhre nach dem
derzeitigen Stand der Technik im wesentlichen auf zwei Arten befestigt werden.
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Bei der ersten Befestigungsart liegt die Wendel in einem
Käfig aus Stäben, die gewöhnlich aus Keramik bestehen, der seinerseits im
Kolben montiert ist. Zum Zusammenhalten der Stäbe und der Wendel bei der Montage
verwendet man Lehren, und gelegentlich wird ein glasartiger Werkstoff auf die Keramikstäbe
aufgebracht und bis zum Fließen erhitzt, so daß die Windungen der Wendel an den
Berührungsflächen festgelegt werden. Eine Variante dieser Käfigtechnik arbeitet
mit Federklammern, die die Stäbe umfassen und gegen die Wendel drücken.
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Bei der anderen Befestigungsart, der sogenaniit-en »Glaseinbettungsmethode«,
wird die Wendel in ein innen - geripptes Glasrohr gesteckt, die Anordnung
wird dann bis in die Nähe der Erweichungstemperatur des Glases erhitzt, und die
Rippen werden entweder durch eine Vorrichtung oder durch Unterdruck in der Röhre
in Berührung mit der Wendel gebracht.
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Bei der Herstellung von Wanderfeldröhren- nach diesen beiden bekannten
Verfahren ist ein Ausschußanteil von 30 bis 50% nicht selten. Die Gründe für diese
hohen Aussehußprozentsätze werden verständlich, wenn man die obenerwähnten Herstellungsverfahren
genauer betrachtet. Beim Glaseinbettungsverfahren wird die Wendel zuerst auf einen
Wickeldorn gewickelt, dabei wird ein Ende fest am Dom befestigt. Die Wendel wird
dann gereinigt und geglüht, um ein Auffedem beim Abziehen vom Wickeldom so klein
wie möglich zu halten, anschließend wird der Dorn entfernt. Im folgenden wird dann
die Wendel verschiedenen Bearbeitungsschritten unterworfen, sie wird auf Länge geschnitten,
plattiert, und es werden andere Teile an sie angeschweißt. Darauf wird ein kleinerer
Dom in die Wendel eingeführt, und ein Abstandshalterband wird zwischen die Windungen
der Wendel gewickelt, um den Zustand, den die Wendel nach dem Wickeln hatte, wiederherzustellen
und das Einbetten der Wendelwindungen in die Glasrippen zu begrenzen, während die
letzteren erweicht und nach innen gedrückt werden. Die Wendel, der Dom und das Abstandshalterband
werden dann in einen rohrförmigen Kolbenteil aus Glas eingesetzt, der drei Innenrippen
aufweist. Der Kolbenteil wird in eine zweiteilige Vorrichtung eingesetzt, die drei
sich mit den drei Kolbenrippen deckende Schrumpfleisten aufweist, und die ganze
Anordnung wird in einen Ofen gebracht und auf eine Temperatur in der Nähe des Erweichungspunktes
des Glases erhitzt. Man hofft dabei, daß der obere Teil der Vorrichtung das Glas
unter der Wirkung der Schwerkraft gerade so viel verformt, daß die Wendel in den
Glasrippen wenig, aber gleichförmig eingebettet wird. Die zulässige Einbettungstiefe
für einen 0,25 mm starken Wendeldraht beträgt 0,05 mm. Nachdem
die Wendel in das Glas eingebettet ist, läßt man die Anordnung erkalten und entfernt
den Dom und das Abstandshalterband, beispielsweise durch Herauslösen in einem Säurebad.
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Bei der eben beschriebenen Glaseinbettungsmethode ist es sehr schwierig,
eine genaue Einbettungstiefe einzuhalten. Die Windungen der Wendel werden häufig
so tief eingebettet, daß die dielektrische Belastung der Wendel die zulässige Toleranz
überschreitet. Außerdem neigt die Wendel dazu, beim Abkühlen von den Glasrippen
wegzuschrumpfen, da das Glas nur bis zum Erweichungspunkt erhitzt wurde und nicht
fließt und dadurch auch nicht fest an den Wendelwindungen haftet.
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Bei der Montage der Wendel in einem Käfig aus Keramikstäben müssen
diese in irgendeiner Weise an den Wendelwindungen befestigt werden, um zu verhindern,
daß sich die Wendelwindungen unter der Einwirkung von Erschütterungen und Stößen
lösen oder verschieben. Man kann die Stäbe dadurch an der Wendel befestigen, daß
man auf die einzelnen Keramikstäbe jeweils ein schmales Band aus einer eine Glasmischung
enthaltenden Suspension aufspritzt und die Anordnung auf etwa 9501 C vorerhitzt.
Die Wendel wird dann zwischen drei solcher Stäbe gebracht, die in einer Vorrichtung
gehaltert sind, und die Anordnung wird in einem Ofen etwa 30 Minuten auf
eine Temperatur zwischen 1200 und 1250' C
erhitzt, um die Bänder mit der Wendel
zu verschmelzen. Bei der fertigen Anordnung ist jede einzelne Wendelwindung mit
jedem der Keramikstäbe überden Glasurstreifen, der die Berührungsfläche umgibt verbunden.
Die Breite der Glasurbereiche ist jedoch ungefähr gleich dem Drahtdurchmesser, und
die dielektrische Belastung wird dadurch unzulässig groß.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird die Wendel einer Wanderfeldröhre
mit mehreren außen in ihrer Längsrichtung verlaufenden Glasstäben oder Rippen eines
Glaskolbens über hochstehende Glasleisten oder Füße verbunden, die aus einem Stück
mit den Stäben oder den Kolbenrippen bestehen und mit den Wendelwindungen verschmolzen
sind, so daß die dielektrische Belastung der Wendel durch das Glas minimal bleibt.
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Wenn drei Stäbe oder Rippen verwendet werden, können die Füße oder
Befestigungswarzen auf folgende Weise gebildet werden: a) Die Stäbe oder Rippen
werden so in einem Kreis angeordnet, daß der eingeschriebene lichte Durchmesser
etwas größer ist als der Durchmesser der Metallwendel.
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b) Die Wendel wird in diese Anordnung gebracht. c) Man bringt
die Anordnung in ein Vakuum oder eine inerte oder praktisch nicht oxydierende Atmosphäre.
d)
Man leitet für einen Bruchteil einer Sekunde einen so starken Strom durch die Wendel,
daß diese auf eine Temperatur über die minimale Verschmelzungstemperatur des Isolatorwerkstoffes
erhitzt wird, wobei sich die Wendel ausdehnt, bis sie alle drei Stäbe oder Rippen
berührt und dabei verhältnismäßig kleine Teile der Oberflächen dieser Elemente auf
die Verschmelzungstemperatur erhitzt. Diese Oberflächenteile verschmelzen dabei
mit den Wendelwindungen, ohne daß die Masse der Elemente nennenswert erwärmt wird.
Bei Verwendung von Glas wird die Anordnung vorzugsweise langsam in den Anlaßtemperaturbereich
erwärmt, bevor der Stromimpuls durch die Wendel geleitet wird, und man läßt die
Anordnung nach dem Verschmelzen zum Ausgleich von Spannungen mindestens bis zum
Umwandlungspunkt des Glases sehr langsam erkalten.
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Das Verfahren, einen Metallteil mit einem hitzebeständigen Isolatorteil
dadurch zu verbinden, daß man einen kurzen Stromimpuls hoher Stromstärke durch den
Metallteil leitet, um lediglich einen Teil der Oberfläche des Isolatorteiles mit
dem Metallteil zu verschmelzen, kann auch für andere Anwendungsgebiete verwendet
werden, z. B. bei der Herstellung von Einführungen in Elektronenröhren einschließlich
Glas-Metall-Verbindungen, vor allem in solchen Fällen, wo leicht hohe Ströme durch
den Metallteil geleitet werden können.
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Die Erfindung soll nun an Hand von nicht einschränkend auszulegenden
Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden; es
zeigt F i g. 1 einen Axialschnitt durch eine nach dem Verfahren gemäß der
Erfindung hergestellte Wanderfeldröhre, F i g. 2 eine Querschnittsansicht
längs einer Ebene 2-2 in Fig. 1,
F i g. 3 eine vergrößerte Teilansicht
der Röhre in dpr Ebene der F i g. 2, die eine Verbindung der \Vendel mit
einer Rippe zeigt, F i g. 4 eine vergrößerte Teilansicht in der Ebene 4-4
der F i g. 2, F i g. 5 und 6 eine Seiten- und eine Stirnansicht
einer Vorrichtung oder Lehre, die zur Halterung des Kolbens während der Montage
der Wendel Verwendung finden können, F i g. 7 ein Diagramm, das ein Beispiel
einer Strom-Zeit-Kurve beim erfindungsgemäßen Verbinden einer Wendel mit einem innen
gerippten Glaskolben zeigt, F i g. 8 einen F i g. 2 entsprechenden
Querschnitt einer anderen Montageart, F i g. 9 einen F i g. 2 entsprechenden
Querschnitt einer weiteren Ausführungsform einer Wanderfeldröhre und Fig.
10 eine Querschnittsansicht der aus der Wendel und den Stäben der Röhre der
F i g. 9 bestehenden Anordnung in einer Montagelehre.
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In den F i g. 1 bis 4, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
zeigen, ist ein langgestreckter Kolben 10 einer Wanderfeldröhre dargestellt,
der aus einem Strahlerzeugungssystemteil 12 am einen Ende, einem Kollektorteil 14
am anderen Ende und einem dazwischenliegenden zylindrischen Wendelteil
16 besteht. Die Teile 12 und 16 bestehen aus hitzebeständigen Isolatorwerkstoffen,
wie Glas oder Keramik, um die Elektroden des Strahlerzeugungssystems und die Windungen
der Wendel voneinander zu isolieren. In dem Teil 12 des Kolbens befindet sich praktisch
koaxial zum Wendelteil 16 ein Strahlerzeugungssystem üblicher Bauart, das
eine Kathode 18, eine Kathodenabschirmung oder Fokussierelektrode 20, eine
Beschleunigungselektrode 22 und eine rohrförmige Driftelektrode 24 umfassen kann.
Der Kollektorteil 14 kann einen topfförmigen Kollektor 26 aus Metall enthalten,
der an den Wendelteil 16
des Kolbens entweder direkt oder über einen metallischen
Ringflansch 28 angeschmolzen sein kann. Innerhalb des Wendelteiles
16 des Kolbens ist eine langgestreckte, aus einem hitzebeständigen Metall
bestehende Wendel 30 gleichförmigen Durchmessers und gewünschter Steigung
montiert.
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Zur Halterung der Wendel sind an der Innenwand des Teiles
16 des Kolbens drei in Längsrichtung verlaufende Rippen 32 vorgesehen,
die vorzugsweise einen Winkelabstand von 120' voneinander haben, wie Fig. 2 zeigt.
Die einzelnen Windungen der Wendel haben einen geringen Abstand von den drei Rippen
32 und sind mit diesen über kurze Warzen 34 aus dem Kolbenwerkstoff verbunden,
die aus einem Stück mit der jeweiligen Rippe 32 bestehen und an den Wendelwindungen
angeschmolzen sind. Die Warzen 34 können auf die folgende Weise hergestellt und
mit den Wendelwindungen verbunden werden: Eine Metallwendel 30 aus einem
gewünschten Werkstoff, deren Drahtstärke, Wendeldurchmesser und Windungssteigung
den elektrischen Erfordernissen der Röhre entsprechend gewählt sind, wird in ein
Stück 16 eines innen genuteten Glasrohres, das beispielsweise drei Längsrippen
32 aufweist, eingebracht. Der die Rippen 32 innen tangierende Kreis
hat einen etwas größeren Durchmesser als die Wendel. Der Glasteil 16 kann
mittels einer Vorrichtung oder Lehre, z. B. der zweiteiligen Hülse 36 (F
i g. 5
und 6), in waagerechter Stellung mit den drei Rippen
32 in der in F i g. 2 dargestellten Lage angeordnet werden, wobei
die Wendel anfänglich unter dem Einfluß ihres Gewichtes auf den unteren beiden Rippen
ruht und einen geringfügigen Abstand von der oberen Rippe hat. Die Lehre
36 dient außerdem während des Erhitzungs- und Abkühlungszyklus als Wärmesenke.
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Die Enden der Wendel 30 werden an eine 60-Hz-Wechselstromquelle
angeschlossen, um sie beim Verbinden mit den Glasrippen 32 direkt zu erhitzen.
Vorzugsweise werden die montierte Wendel, der Glasteil und die halternde Vorrichtung
in eine praktisch nicht oxydierende Atmosphäre, wie feuchten Stickstoff, gebracht,
in der sie während des Erhitzens und Abkühlens verbleiben, um eine Oxydation der
Wendel möglichst zu verhindern.
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F i g. 7 zeigt einen typischen Temperaturverlauf, dabei ist
längs der Abszisse des Diagramms die Zeit in Minuten und längs der Ordinate die
Temperatur in Grad Celsius aufgetragen. Die dargestellte Kurve gilt für eine Röhre
mit einer Wolframwendel aus einem 0,25 mm dicken Draht, deren Außendurchmesser
3,8 mm beträgt und die etwa 13,3 Windungen pro Zentimeter hat; die
Wendel wurde dabei mit den Rippen eines genuteten Kolbenteiles aus Corning-7070-Borosilikatglas,
dessen Transformationspunkt (strain point) 455' C, Temperungs- oder Entspannungspunkt
(annealing point) 495' C, Erweichungspunkt etwa 746' C, Bearbeitungspunkt
1100' C und
Wärmeexpansionskoeffizient 32 - 10-7/11
C beträgt. Der Arbeitspunkt ist die minimale Verschmelztemperatur,
d. h. die Temperatur, oberhalb der sich das Glas mit anderen Werkstoffen
verbindet. Der Temperaturkoeffizient der Wolframwendel beträgt 44,3 - 10-7/1
C bei 20' C, 51,7 - 10-7/1 C bei 1000' C
und 72,4
- 10-7/1 C bei 2000' C, er ist also immer größer als der des
Glases.
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Wie F i g. 7 zeigt, wird das Glas zuerst langsam von Zimmertemperatur
auf etwa 5001 C erhitzt, indem durch die Wendel etwa 5 Minuten lang
ein Strom von etwa 3,5 bis 4 A,ii geleitet wird. Bei dieser Temperatur befindet
sich das Glas zwischen dem Transformationspunkt und dem Erweichungspunkt, also im
Anlaßbereich und damit in einem Zustand, in dem es einen kurzen Temperaturstoß ohne
zu springen oder beschädigt zu werden aushält. Während sich der Glasteil auf
500' C befindet, wird der Strom durch die Wendel für eine Periode plötzlich
auf etwa 32 A geschaltet und dann während der nächsten Periode auf etwa
16 A abgesenkt. Dann wird der Strom plötzlich auf etwa 3,5 A verringert
und allmählich während einer Abkühl- und Entspannungsperiode von etwa
25 Minuten auf etwa 3 A
verringert, das Glasstück befindet sich dann
unterhalb des Transformationspunktes des Glases und kann dann rascher auf Zimmertemperatur
abgekühlt werden.
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Während des starken Stromhnpulses wird die Wendel plötzlich auf eine
Temperatur zwischen 2000 und 3000' C erhitzt, die beträchtlich oberhalb des
Bearbeitunspunktes des Glases liegt. Von der heißen Wendel wird Wärme, im wesentlichen
durch Leitung, auf die die Wendelwindungen berührenden Glasrippen übertragen, und
zwar zuerst auf die unteren beiden Rippen, wobei die Temperatur der betreffenden
Oberflächenteile über den Bearbeitungspunkt des Glases erhöht wird, so daß sie mit
den Wendelwindungen verschmelzen. Wegen des höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten
und der größeren Temperaturdifferenz vergrößert sich der Durchmesser der Wendel
gleichzeitig so weit, daß die Wendel die obere Glasrippe berührt und Oberflächenteile
dieser Rippe mit den Wendelwindungen verschmilzt. Wenn sich dann die Wendel nach
Beendigung des Impulses hoher Stromstärke plötzlich abkühlt, zieht sie sich zusammen,
und wegen der Verbindung mit der oberen Rippe werden dabei aus allen drei Rippen
Glasteile herausgezogen, die die kurzen Warzen oder Füße 34 bilden, die in den F
i g. 1 bis 4 dargestellt sind. Da das die Füße 34 bildende Glas von den Rippen
32 stammt, bilden sich um die Basis der einzelnen Füße kleine Vertiefungen,
die die effektive Höhe der Füßchen erhöhen. Normalerweise sind die oberen Füße oder
Warzen 34 geringfügig länger oder höher als die anderen, was in den meisten Fällen
zulässig ist. Wenn die Füße gleiche Länge haben sollen, wird das Verfahren mit um
120 oder 180'
gedrehtem Kolbenteil und Lehre mit einem etwas schwächeren oder
kürzeren Stromimpuls wiederholt. Ein Vorteil dieses Verfahrens gegenüber den bekannten
Verfahren zur Einbettung der Wendelwindungen in die Glasrippen, bei denen die Anordnung
in einen Ofen eingebracht und im ganzen langsam erhitzt und abgekühlt wird, besteht
darin, daß im Verlauf des ganzen Prozesses die Hauptmenge des den Kolbenteil
16 bildenden Glases unterhalb seines Erweichungspunktes bleibt und daher
fest und selbsttragend ist. Dies beruht darauf, daß der Kontakt zwischen den Wendelwindungen
und dem Glas auf verhältnismäßig kleine Flächenbereiche beschränkt ist und daß die
Dauer des Impulses hoher Stromstärke so kurz ist, daß der Rest des Glases nicht
auf den Erweichungspunkt erhitzt wird. Die Wendel kann außerdem zufriedenstellend
in der genuteten Glasröhre montiert werden, ohne daß ein Wendeldom erforderlich
ist, der- bei den meisten bisher verwendeten Verfahren benötigt wird. Gewünschtenfalls
kann jedoch für eine noch genauere Einhaltung der Abstände und Einjustierung der
Wendelwindungen auch beim vorliegenden Verfahren ein Dom verwendet werden. Der Dom
muß dabei aus einem isolierenden Werkstoff bestehen, damit die Wendelwindungen nicht
kurzgeschlossen werden, und seine Schmelztemperatur muß beträchtlich über der des
verwendeten Glases liegen, um ein Verschmelzen mit der Wendel zu verhindern. Es
ist außerdem zweclmäßig, den Dorn unabhängig von dem Glasteil zu haltern, damit
er beim Anschmelzen des Glases nicht unter dem Einfluß seines Gewichtes nach unten
sackt.
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Bei dem Beispiel soll der Unterschied des Außendurchmessers DI, der
Wendel 30 und der Durchmesser Dc des in das Lumen des gerippten Glasrohres
eingeschriebenen Kreises bei Zimmertemperatur mindestens 25 #tra, vorzugsweise
50 oder 75 #tni, verschieden sein, so daß die Höhe der Füße 34 mindestens
12,5 #tin beträgt. Die ungefähre Form der Füße ist in F i g. 3 und
4 dargestellt. Die Arbeitsbedingungen werden vorzugsweise so gewählt, daß Füße entstehen,
deren Dicke, wie in F i g. 4 ersichtlich ist, kleiner ist als der Drahtdurchmesser
der Wendel 30, so daß die dielektrische Belastung der Wendel ein Minimum
wird. Die dielektrische Belastung der Wendel durch die Füße 34 ist natürlich wesentlich
geringer als die einer Wendel, die in die Rippen eines genuteten Glasrohres eingebettet
oder mit einem anderen Werkstoff befestigt ist.
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Die zweiteilige Montagelehre oder Vorrichtung 36,
die in F i
g. 5 und 6 verkleinert dargestellt ist, besteht aus zwei identischen
Hälften 36A, 36B, die jeweils aus einem länglichen Block mit rechteckigem
Querschnitt und einer V-förmigen Mittelnut 38 in einer Fläche bestehen, die
mit einer entsprechenden Nut ini anderen Block einen rechteckigen Kanal bildet,
der den rohrförmigen Kolbenteil 16 aufnimmt und haltert. Die Blöcke
36A, 36B werden aus einem wärmeleitenden, hitzebeständigen Material
hergestellt, z. B. Aluminiumsihkatschlacke, und sind mit radialen Schlitzen 40 versehen,
die ein Springen bei der Herstellung verhindern. Wie dargestellt, ist die Vorrichtung
36 iin wesentlichen zylindrisch, so daß sie eine gleichförmige Wärmesenke
für das Glasrohr bildet.
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Bei dem an Hand der F i g. 1 bis 4 erläuterten Verfahren können
natürlich an Stelle von Wolfiain und dem genannten Borosilikatglas auch andere Werkstoffe
Verwendung finden. Die Wendel 30 kann
beispielsweise aus Molybdän bestehen,
dessenWärmeausdehnungskoeffizient 53, 56 bzw. 72.10-7/1 C bei 20,
1000 bzw. 20001 C beträgt. Der Kolbenteil 16
kann auch aus anderen
Gläsern gefertigt werden, z. B. aus Coming-1723-Aluminiumoxydsilikatglas, dessen
Transformationspunkt 6701 C, Temperungspunkt 708' C, Erweichungspunkt
9121 C, Bearbeitungspunkt 1176'C und Wärmeexpansionskoeffizient
46
-10-7/11 C beträgt. Der Wärmeausdehnungskoeffizient der Wendel soll vorzugsweise
größer sein als der des Glases, wie es bei den obenerwähnten Beispielen der Fall
ist, damit die Wendel leichter durch Expansion in Berührung mit dem Glas gebracht
werden kann, der Wärineausdelinungskoeffizient der Wendel kann aber auch gleich
oder etwas kleiner als der des Glases sein. Auch in diesen Fällen kann erreicht
werden, daß die Wendel sich stärker ausdehnt als das Glas und dieses berührt, da
die Temperaturänderung der Wendel größer ist.
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Die Wendel 30 kann durch das Verfahren der Erfindung mit einem
gerippten Glaskolbenteil 16A
verbunden werden, der an Stelle von drei Rippen
nur zwei einander diametral gegenüberliegende Rippen 32 aufweist wie F i
g. 8 zeigt. In diesem Fall wird der Kolbenteil 16A in einer Vorrichtung
so gehaltert, daß die beiden Rippen 32 in einer waagerechten Ebene liegen,
und die Wendel 30 liegt auf einem isolierenden, hitzebeständigen Abstandshalterstreifen
42, der eine höhere Erweichungstemperatur als das Glas hat und sich zwischen der
Wendel und der Innenwand des Kolbenteiles 16A befindet. Anfänglich wird die
Wendel 30 im allgemeinen an einer der Rippen 32 anliegen und von der
anderen einen gewissen Abstand einnehmen. Das Verbinden der Wendel mit den beiden
Rippen 32 und die Bildung der Füße 34 entspricht dem oben in Verbindung mit
den drei Rippen beschriebenen Verfahren, mit der Ausnahme, daß hier die gegenüberliegenden
Füßchen gewöhnlich praktisch die gleiche Höhe haben. Der Abstandshalterstreifen
42 kann nach der Herstellung der Glas-Metall-Verbindung leicht entfernt werden,
so daß die Wendel beim Abkühlen von dem Abstandshalterstreifen wegschrumpft.
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Die Wendel kann bewußt mit einer dünnen Oxydschicht überzogen werden,
z. B. aus Chromoxyd, das auf einem Chromüberzug gebildet wird, oder aus dem Oxyd
des Wendelmetalls selbst, wie Wolframoxyd, um das Verschmelzen des Glases mit der
Wendel zu erleichtern. Es konnten jedoch auch gute Glas-Wendel-Verbindungen hergestellt
werden, ohne daß die Wendel vorher mit einem zweiten Metall oder einer Oxydschicht
überzogen wurde.
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Das beschriebene Verfahren zur Verbindung der Wendel mit dem Glasteil
kann darin abgewandelt werden, daß die in das Glasrohr eingebrachte Wendel in einem
Ofen langsam in den Entspannungsbereich vorerhitzt wird, daß dann durch die Wendel
ein kurzer Stromimpuls geleitet wird, um die Verbindung herzustellen, und daß man
dann das Glas durch sehr langsames Absenken der Ofentemperatur entspannt.
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Die Wende130 kann auch in einem isolierenden oder metallischen Kolbenteil
durch eine Anzahl von Glas- oder Keramikstäben montiert werden, die mit integralen
Füßchen versehen sind. F i g. 9 zeigt einen Kolbenteil 16B, der eine Wendel
30 enthält, die mit drei Keramikstäben 44 über Füßchen 46 aus dem Werkstoff
der Keramikstäbe verbunden ist. F i g. 10
zeigt die drei Keramikstäbe 44,
während sie in drei parallelen Nuten 48 einer zweiteiligen Vorrichtung oder Lehre
50, z. B. aus einem geschmolzenen Oxyd oder Lava, montiert sind, wobei die
Wendel 30 auf den beiden unteren Stäben ruht und von dem oberen etwa
25 bis 50 Rrn beabstandet ist. Die Wendel kann beispielsweise aus
Wolfram und die Stäbe 44 können aus einem keramischen Werkstoff, wie »Alsimag
57,6«, bestehen, der etwa 85 % A120, enthält, einen Erweichungspunkt
von etwa 14401 C,
einen Schmelzpunkt von etwa 20001 C und einen Wärmeexpansionskoeffizienten
von 77.10-7/IC, gemittelt im Bereich von 20 bis 7501 C, hat. Es ist nicht
nötig, den keramischen Werkstoff zum Verbinden der Wendelwindungen mit den Keramikstäben
vorzuwännen. Gute Verbindungen konnten vielmehr einfach dadurch hergestellt werden,
daß man durch die Wendel einen kurzen Impuls hoher Stromstärke leitete, während
sich Wendel und Stäbe anfangs auf Zimmertemperatur befanden, wobei die Temperatur
von Oberflächenteilen der Stäbe momentan auf etwa 2800' C erhitzt wurde,
also über den Schmelzpunkt und die minimale Verschmelztemperatur des keramischeu
Werkstoffes. Für die schnelle Verbindung der Wendel mit dem keramischen Werkstoff
werden etwas höhere Ströme und/oder längere Impulse als bei Verwendung von Glas
benötigt.
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Wenn die Teile in der in F i g. 10 dargestellten Weise montiert
sind, bewirkt ein durch die Wendel 30 geleiteter Stromimpuls, daß sich diese
bis zur Berührung des oberen Stabes 44 ausdehnt, Oberflächenteile aller drei Stäbe
anschmilzt und Füße oder Warzen 46 (F i g. 9) aus dem keramischen Material
herauszieht, wenn sie sich wieder abkühlt und dabei zusammenzieht. Die Vorgänge
verlaufen also in der gleichen Weise, wie es in Verbindung mit den Glasrippen beschrieben
wurde.