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Koaxial-Doppeldruckglaseinschmelzung Die Erfindung bezieht sich auf
eine Koaxial-Doppeldruckglaseinschmelzung mit einem Außenrohr aus unlegiertem Flußstahl
mit relativ großem thermischem Ausdehnungskoeffizienten, einem Innenleiter aus legiertem
Stahl mit relativ kleinem Ausdehnungskoeffizienten und einem Zwischenrohr, das die
beiden in verschiedenen Ebenen liegenden Glasringe verbindet. Die Erfindung ist
in erster Linie bei Durchführungen für gesteuerte Halbleitergleichrichter, ferner
bei Metalldampf-Stromrichtergefäßen anwendbar.
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Es ist bekannt, vakuumdichte Doppeldurchführungen als Koaxial-Druckglaseinschmelzungen
auszuführen, bei denen die beiden Glasringe in verschiedenen Ebenen liegen. Bei
einer Druckglaseinschmelzung wird zur Erzielung des erforderlichen Druckes auf den
Glasring in der Regel für den Außenring ein unlegierter Flußstahl mit relativ großem
thermischem Ausdehnungskoeffizienten, für den Innenteil ein legierter Stahl mit
relativ kleinem Ausdehnungskoeffizienten, z. B. Chromstahl, verwendet. Daraus ergeben
sich bei einer Koaxial-Doppeldruckglaseinschmelzung Schwierigkeiten, da das Zwischenrohr
für den inneren Glasring als Außenteil, für den äußeren Glasring als Innenteil wirkt.
Bei den obenerwähnten, sogenannten zweistöckigen Doppeleinschmelzungen ist es bekannt,
das Innenrohr der äußeren Einschmelzung aus einem legierten Stahl, das Außenrohr
der inneren Einschmelzung aus unlegiertem Stahl herzustellen und diese beiden Rohre
miteinander zu verschweißen; die Verschweißung dieser unterschiedlichen Materialien
macht jedoch Schwierigkeiten. Es ist ferner bekannt, ein einheitliches Zwischenrohr
aus legiertem Stahl zu verwenden und den erforderlichen Druck für die innere Einschmelzung
durch einen Schrumpfring mit großem Ausdehnungskoeffizienten zu erzeugen, der in
der Ebene des inneren Glasringes auf das Zwischenrohr aufgeschrumpft ist. Bei bestimmten
Anwendungen derartiger Doppeldurchführungen, z. B. für gesteuerte Halbleitergleichrichter,
ist es erwünscht, das Zwischenrohr als Starkstromleiter für den Hauptstrom und den
Innenleiter als Steuerleiter zu verwenden. Hierbei erschwert der auf das Zwischenrohr
aufgebrachte Schrumpfring die Anbringung einer Stromzuführung. Auch die Störung
der äußeren Form durch den Schrumpfring ist unerwünscht.
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Bei einer weiteren bekannten Koaxial-Doppeldruckglaseinschmelzung
besteht das Zwischenrohr aus gewöhnlichem Eisen. Bei der äußeren Einschmelzung wird
der erforderliche Druck durch einen starken Schrumpfring hergestellt, der auf dem
Außenrohr sitzt. Auch hier ergibt sich durch den Schrumpfring eine Störung der äußeren
Form.
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Weiterhin ist es bei einer Verbindung von zwei konzentrischen Rohren
durch eine Druckglaseinschmelzung bekannt, auf der Innenseite des inneren Rohres
einen Glasring einzuschmelzen, der bei der Abkühlung der Verschmelzung weniger schrumpft
als die Metallteile und daher als Stützring wirkt.
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Der Erfindung liegt bei einer Koaxial-Doppeldruckglaseinschmelzung
der obengenannten Art die Aufgabe zugrunde, die Anordnung der konzentrischen Rohre
so zu gestalten, daß ihre äußere Oberfläche nicht durch einen der bisher erforderlichen
Schrumpfringe gestört wird.
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Die Aufgabe wird nun dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß das Zwischenrohr
aus unlegiertem Stahl mit relativ großem Ausdehnungskoeffizienten besteht und in
der Ebene des äußeren Glasringes auf einen Stützring aus einem Material mit relativ
kleinem Ausdehnungskoeffizienten aufgeschrumpft ist. Bei dieser Anordnung ist der
Druck auf den inneren Glasring ohne weiteres durch die Materialien des Zwischenrohres
und des Innenleiters gegeben; der Druck auf den äußeren Glasring wird durch den
Stützring mit kleinem Ausdehnungskoeffizienten erzeugt, der nach außen nicht in
Erscheinung tritt. Der Stützring besteht vorzugsweise aus Molybdän.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben.
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Mit 1 ist der Innenleiter der Durchführung bezeichnet; er besteht
aus einem legierten Stahl, z. B. Chromstahl, mit einem Ausdehnungskoeffizienten
von 10 - 10-s °C- i. Der Innenleiter 1 ist über einen Glasring 2 mit dem Zwischenrohr
3 verschmolzen, das aus einem unlegierten Flußstahl mit einem Ausdehnungskoeffizienten
von
etwa 14.10-e 'C-1 besteht. Das Zwischenrohr 3 ist wiederum an seinem unteren Ende
über einen Glasring 4 mit dem Außenrohr 5 verschmolzen, das ebenfalls aus unlegiertem
Flußstahl besteht und einen relativ großen Ausdehnungskoeffizienten besitzt.
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Beim Herstellen der Verschmelzung zwischen den Metallteilen 1, 3 und
5 einerseits und den Glasringen 2 und 4 andererseits befindet sich die Anordnung
auf etwa 850°C. Beim Abkühlen der Anordnung bildet sich wegen der unterschiedlichen
Ausdehnungskoeffizienten der Teile 1 und 3 der erforderliche Druck am Glasring 2
aus; am Glasring 4 ist das jedoch nicht ohne weiteres der Fall, da die Teile 3 und
5 den gleichen Ausdehnungskoeffizienten haben. An der Innenseite des Zwischenrohres
3 ist daher ein Stützring 6 mit kleinem Ausdehnungskoeffizient vorgesehen, der z.
B. aus Molybdän bestehen kann (Ausdehnungskoeffizient 5-L0-6 °C-1). Der Ring 6 wird
bei hoher Temperatur mit Passung in die dafür vorgesehene Ausnehmung 7 des Rohres
3 eingebracht; beim Abkühlen zieht er sich weniger zusammen als die Rohre 3 und
5, so daß sich der erforderliche Druck am Glasring 4 einstellt.
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Für den Zusammenhalt der Teile 3 und 6 genügt an sich der beim Schrumpfen
des Rohres 3 auf den Ring 6 ausgeübte Druck. Man kann jedoch auch zusätzlich den
Ring 6 in die Ausnehmung 7 hart einlöten, z. B. mit Kupfer. Dadurch wird gleichzeitig
mit Sicherheit eine Verzunderung der Oberfläche der Ausnehmung 7 bei der Wärmebehandlung
vermieden, die die Druckwirkung des Ringes 6 beeinträchtigen könnte.
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Es kann erwünscht sein, die elektrische Leitfähigkeit des Rohres 3
zu erhöhen. Zu diesem Zweck wird die Innenwand des Rohres 3 mit Vorteil mit einer
dicken Kupferschicht 8 versehen. Das kann so geschehen, daß man den Innenraum
des Rohres 3 mit Kupfer ausgießt und die Kupferfüllung dann derart ausbohrt, daß
die Kupferschicht 8 stehenbleibt. Beim Ausgießen des Rohres 3 kann gleichzeitig
der Ring 6
mit dem Rohr 3 in der oben geschilderten Weise hart verlötet werden.
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Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt die Anwendung der Erfindung
bei einer Durchführung für einen gesteuerten Halbleitergleichrichter. Hier führt
das Zwischenrohr 3 den zu steuernden Hauptstrom und der Innenleiter 1 die Steuerimpulse.
Das Außenrohr 5 bildet gleichzeitig eine Gehäusewand, die mit einem Boden 9 vakuumdicht
verbunden, beispielsweise verschweißt ist.