DE1496080C - Verfahren zur Herstellung einer kegelstumpfformigen gasdichten Durch führung durch eine Gfaswand1 - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer gasdichten Durchführung durch eine Glaswand, das folgende Verfahrensschritte umfaßt: <

1. die Mantelfläche eines kegelstumpfförmigen Durchführungsteils wird mit einem -Einlagematerial überzogen, dessen Schmelztemperatur kleiner als die Erweichungstemperatur der Glaswand ist,

2. das Durchführungsteil wird in einer zuvor in der Glaswand angebrachten öffnung gleicher Form angeordnet und

3. das Einlagematerial wird durch Erhitzen in einem Ofen zum Schmelzen gebracht und dadurch dicht mit der Glaswand verbunden.

Solche Durchführungen dienen insbesondere als Elektrodendurchführungen bei Elektronenröhren. Auf dem Gebiet der Elektrotechnik und insbesondere der Elektronik werden häufig elektrische Durchführungen benötigt, die wenigstens einen in einem Glaskolben angebrachten Metallteil aufweisen.

Diese elektrischen Durchführungen müssen im allgemeinen gasdicht sein, da insbesondere in der

ίο Elektronik der Druck im Innern der Kolben im allgemeinen sehr niedrig ist.

Am häufigsten werden diese Durchführungen da-■ durch hergestellt, daß die Glaswand mit einer Stichflamme durchbohrt wird, daß dann die metallische Durchführung eingesetzt wird, die gegebenenfalls zuvor mit einem Glas von gleicher Beschaffenheit wie die Glaswand umhüllt wurde, und daß dann dje Glas-Glas-Verschweißung oder die Glas-Metall-Verschweißung mit der entsprechend eingestellten Stichflamme

so bewirkt wird.

Dieses allgemein übliche Verfahren, von dem mehrere Ausführungsformen bestehen, die auf der gleichen Technik beruhen, eignet sich nur für verhältnismäßig geringe Glasdicken, die im allgemeinen

as weniger als 5 mm betragen.

Wenn nämlich die Wände des Glaskolbens eine beträchtliche Dicke erreichen, wird es schwierig oder sogar unmöglich, in der Tiefe eine einwandfreie Schweißung durchzuführen. Es wäre dann erforderlieh, die Umgebung der Durchführung sehr stark zu erhitzen, was zu Verformungen des Kolbens; führen würde, welche im Hinblick auf seine mechanische Druckfestigkeit oder den Schutz von benachbarten, optisch polierten Flächen unzulässig wären. .·

Es ist ferner das Verfahren bekannt, eine metallische Durchführung, die in einem zuvor in der Glaswand angebrachten Loch angeordnet ist, durch den Durchgang eines elektrischen Stromes zu erhitzen und dadurch eine Verschweißung zwischen dem Glas und dem Metall hervorzurufen.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß ein solches Verfahren, bei welchem eine Erwärmung durch den Joule'schen Effekt bewirkt wird, keine brauchbaren Ergebnisse liefern kann, wenn die Wand relativ groß ist. Die Temperatur des Metalls der Durchführung ist in den außerhalb der Wand liegenden Abschnitten stets sehr viel größer als in dem im Glas eingeschlossenen Abschnitt, der durch dessen Masse gekühlt wird. Im Fall von dicken Wänden werden die Enden der Durchführung verbrannt oder stark oxydiert, bevor die Verschweißung erreicht ist.

Es ist auch bekannt, Durchführungen dadurch herzustellen, daß zuvor in der Glaswand eine öffnung angebracht wird, in der ein Stück der Durchführung von gleicher Form durch Schmelzen eines Einlagematerials, z.B. Glas oder Email, das zwischen das Teil der Durchführung und die öffnung eingebracht wird, dicht eingeschlossen wird, wobei die Schmelztemperatur des Einlagematerials kleiner als die Erweichungstemperatur der Wand ist, und das Schmelzen des mit der Durchführung und dem Einlagematerial versehenen Teils durch Erhitzen in einem Ofen erreicht wird.

Bei in dieser Weise hergestelltem Verschluß für die Entlüftungsöffnungen von Mehrfachscheiben-Verglasungseinheiten ist es bekannt, dem Durchführungsteil und der Öffnung die Form eines Kegelstumpfes zu erteilen. Das Durchführungsteil besteht

dabei aus Metall, und das Einlagematerial ist ein niedrigschmelzendes Glas. Das Durchführungsteil ist so bemessen, daß es mit der darauf angebrachten Schicht des Einlagematerials im kalten Zustand in die endgültige Lage in der öffnung der Glaswand gebracht werden kann. Anschließend wird die Anordnung so hoch erhitzt, daß das Einlagematerial erweicht und das Durchführuhgsteil in der öffnung festkittet.

Dieses Verfahren reicht zwar zur Herstellung von xo Verschlüssen für die Entlüftungsöffnungen von Mehrfachscheiben-Verglasungseinheiten aus, weil in diesem Fall praktisch keine Druckdifferenzen auf beiden Seiten der Durchführung auftreten und eine exakte Lage des Durchführungsteils nicht erforder-Hch ist. Für höhere Anforderungen, z. B. bei Elektronenröhren, die im Betrieb einer großen Druckdifferenz ausgesetzt sind und dabei absolut gasdicht sein müssen, ergibt dieses Verfahren aber keine ausreichend feste, dichte und genau fixierte Verbindung. so

Das Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens der eingangs angegebenen Art, das auch bei verhältnismäßig dicken Glaswänden, beispielsweise mit einer Dicke von einem Zentimeter oder sogar mehreren Zentimetern, einen genauen, fe- as sten und gasdichten Sitz der Durchführungen gewährleistet und dennoch auf einfache Weise durchführbar ist.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Abmessungen der öffnung und des Durchführungsteils unter Berücksichtigung des Vorhandenseins des Einlagematerials derart bemessen werden, daß das Durchführungsteil im kalten Zustand nicht von selbst unter seinem eigenen Gewicht vollständig in die öffnung eindringen kann, und daß das endgültige Anbringen des Durchführungsteils und seine dichte Verbindung mit der Glaswand durch Schmelzen des Auftragmaterials in dem Ofen unter der gemeinsamen Wirkung der Erhitzung und einer mechanischen Kraft erfolgt, die während der Dauer der Erhitzung auf das Durchführungsteil ausgeübt wird.

Die praktische Erprobung hat gezeigt, daß mit diesem Verfahren ausgezeichnet dichte und feste Verbindungen zwischen Durchführung und Glaswand erhalten werden, die auch den höchsten Anforderengen genügen, wie sie beispielsweise an Hochvakuumröhren gestellt werden.

Die Dichtigkeit der Verbindung ist wegen der unter Druck erfolgenden Verschmelzung des Einlege- ; materials sehr gut.

Dieses Verfahren hat den besonderen Vorteil, daß auch dann, wenn die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Glaswand, des Einlagematerials und des Durchführungsteils nicht vollkommen einander angepaßt sind, eine Justierung durch eine geringfügige Änderung der Eindringtiefe des Durchführungsteils in der Öffnung während des Einschlußverfahrens unter Druck von selbst erfolgt.

Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren angewendete Kegelstumpfform ermöglicht die Anwendung der mechanischen Kraft auf einfache Weise, wobei einerseits eine gute Verteilung der Druckkräfte erzielt wird, welche die Seitenflächen der Durchführung und der öffnung gegeneinander pressen, und andererseits ein einfaches Anbringen der Durchführung in der öffnung ermöglicht wird.

Für den auf dem Gebiet der Elektronik sehr häufigen Fall, daß die Glaswand einen Teil eines Kolbens bildet, in welchem der Druck sehr verschieden von dem Außendruck ist, trägt die Kegelstumpfform ferner zur Festigkeit der hergestellten Durchführung bei, wenn darauf geachtet wird, daß die große Grundfläche der Durchführung auf der Seite liegt, auf welcher der Druck größer ist.

Es wurde gefunden, daß ein Neigungswinkel von 30° zwischen den Seitenflächen der Durchführung und ihren Grundflächen sehr gute Ergebnisse liefert, doch ist dieser Wert natürlich keineswegs zwingend.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Darin zeigt

F i g. 1 die kegelstumpfförmige Öffnung in der Glaswand eines Kolbens, in welcher die Durchführung angebracht wird,

F i g. 2 eine Durchführung, die aus einem Metalldraht besteht, der von einem kegelstumpfförmigen Glasteil umhüllt ist,

F i g. 3 eine metallische Durchführung in Form eines hohlen Kegelstumpfes,

F i g. 4 eine metallische Durchführung in Form eines Kegelstumpfes mit einem Glasmantel,

F i g. 5 die Durchführung von F i g. 2 mit der seitlich aufgetragenen Einlage aus Glas oder Email,

F i g. 6 das kegelstumpfförmige Loch von F i g. 1 mit der seitlich aufgetragenen Einlage aus Glas oder Metall,

F i g. 7 die Anbringung der Durchführung in der Ausnehmung,

F i g. 8 und 9 zwei Maßnahmen zur Anwendung der mechanischen Kraft bei einer Durchführung, die aus einem eingeschlossenen Metalldraht besteht,

Fig. 10 und 11 zwei entsprechende Maßnahmen zur Anwendung der mechanischen Kraft im Falle einer Durchführung, die aus einem metallischen hohlen Kegelstumpf besteht,

Fig. 12 das endgültige Aussehen einer Durchführung in Form eines eingeschlossenen Metalldrahtes und «

Fig. 13 das endgültige Aussehen einer Durchführung in Form eines hohlen metallischen Kegelstumpfes.

In F i g. 1 ist im Schnitt eine kegelstumpfförmige öffnung dargestellt, die beispielsweise mittels eines Dreieckbohrers in einer Glaswand 1 angebracht wurde, die einen Teil eines Kolbens bildet, wobei die kleine Grundfläche der öffnung auf der Seite der Wand liegt, an welcher der Druck am kleinsten ist. Es wird hier angenommen, daß es sich hierbei um das Innere des Kolbens handelt (was dem Fall der sogenannten »Vakuumelektronenröhren« entspricht).

Fig.2 zeigt in einem Axialschnitt eine Anordnung, die aus einem Metalldraht! besteht, der von einem kegelstumpfförmigen Glasteil 3 umhüllt ist. Der Draht wird hinsichtlich seiner Beschaffenheit und Eigenschaften so gewählt, daß er mit dem ihn umschließenden Glasteil verträglich ist, wie dies in der Glastechnik üblich ist. Das Glas ist vorzugsweise das gleiche wie das Glas der Kolbenwand, es kann aber auch von anderer Art sein, wenn dies für den Metalldraht erforderlich ist.

F i g. 3 zeigt in entsprechender Weise eine kegelstumpfförmige hohle metallische Durchführung 4. Die ebene kleine Grundfläche trägt ein zylindrisches Teil5, das als mechanischer Befestigungspunkt für eine im Innern des Kolbens liegende Elektrode und/ oder als Stromzuführung für eine Elektrode dient.

Obgleich es im Falle einer mechanischen Befesti-

gung nicht notwendig ist, daß das fest mit dem Kolben verbundene Teil durch dessen Wand hindurchgeht, ist nämlich die Festigkeit einer nach der Erfindung ausgeführten Durchführung insbesondere dann, wenn das kegelstumpfförmige Teil aus Metall besteht, so groß, daß es vorteilhaft sein kann, es allein zum Zweck der Befestigung zu verwenden.

Diese hohle Durchführung weist bei dem dargestellten Beispiel eine kreisrunde öffnung in der großen Grundfläche auf, die es ermöglicht, ein Verbindungsteil an,dem dadurch gebildeten ringförmigen Rand einzuhaken.

Die Art des verwendeten Metalls wird auf Grund der gleichen Überlegungen wie bei dem Draht 2 von F i g. 2 gewählt. .

F i g. 4 zeigt die gleiche metallische Durchführung 4 wie in Fig. 3, die mit einem Glasmantel 6 versehen ist, für den die gleichen Bemerkungen gelten wie, für das umhüllende Glasteil 3 bei der Durch- , führung von F i g. 2. so

Die Anbringung einer Durchführung kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auf folgende Weise geschehen. Zunächst sei angenommen, daß es sich um eine Durchführung der in F i g. 2 gezeigten Art handelt.

Erster Schritt:

Die Durchführung wird auf der Seitenfläche des Kegelstumpfs mit dem als Einlage dienenden Glas oder Email überzogen, das durch Mischung des pulverförmigen Materials mit einer geeigneten Flüssigkeit, beispielsweise einem in einem organischen Lösungsmittel aufgelösten Kollodium, in einen pasteusen Zustand gebracht worden ist. In F i g. 5 ist diese Schicht des Einlagematerials bei 7 dargestellt.

Zweiter Schritt:

Wie in F i g. 6 bei 8 gezeigt ist, wird die Innenfläche des kegelstumpfförmigen Lochs, das zuvor in der Wand 1 des Kolbens gebohrt worden ist, mit dem gleichen Einlagematerial aus Glas oder Email 8 bestrichen.

Dritter Schritt:

Wie Fig.7 zeigt, in der die bereits genannten Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, wird die überzogene Durchführung nach dem Trocknen der beiden Teile in die öffnung in der Kolbenwand eingeführt.

Die Durchmesser der großen Grundfläche und der kleinen Grundfläche der öffnung werden einerseits etwas größer als die entsprechenden Durchmesser der Durchführung bemessen, damit der dichte Einschluß durch das Einlagematerial aus Glas oder Email erfolgt. Um andererseits die Dicke der Schichten des Einlagematerials vor dem Schmelzen zu berücksichtigen, wird der Unterschied zwischen den Durchmessern nicht so groß gewählt, daß die Durchführung nach dem vollständigen Trocknen der Einlageschichten und vor deren Schmelzen vollständig in die öffnung eindringen kann. Man erhält daher in diesem Stadium die in F i g. 7 dargestellte Anordnung.

Vierter Schritt:

Wie in F i g. 8 gezeigt ist, wird ein zylindrisches Gewicht 9 zentrisch an der Seite der großen Grundfläche angebracht und mittels einer Schraube 10 befestigt. Falls der Innenraum des Kolbens zugänglich ist, wird das Gewicht 9 vorzugsweise an der Seite der kleinen Grundfläche der Durchführung angebracht, wie in F i g. 9 dargestellt ist, damit eine Zugkraft ausgeübt wird. .

Die vor der Anbringung des Gewichts erfolgenden Operationen brauchen gegenüber der vorstehenden Beschreibung nicht geändert zu werden, wenn es sich um eine metallische Durchführung in Form eines hohlen Kegelstumpfes mit oder ohne Mantel (F i g. 3 und 4) handelt.

Das Gewicht kann in diesem Fall auf dem ringförmigen Rand der großen Grundfläche des metallischen Kegelstumpfes aufliegen (F i g. 10).

Falls der Innenraum des Kolbens zugänglich ist, wird das Gewicht 11 vorzugsweise an dem zylindrischen Teil 9 aufgehängt, wie in F i g. 11 dargestellt ist. .

Falls ein höherer Druck erforderlich ist, kann dieser auch auf andere Weise als durch ein zusätzliches Gewicht ausgeübt werden, z. B. mit Hilfe einer Feder.

Die Verwendung einer Feder an Stelle des Gewichts kann notwendig werden, wenn die Achse der Durchführung wegen der Form des Kolbens oder der Lage der Durchführung nicht vertikal ist.

In diesem Fall ist jedoch immer noch möglich, ein Gewicht anzuwenden, wenn dieses auf die Durchführung über mechanische Verbindungsglieder, wie Drähte oder Stäbe, einwirkt, welche die Komponente der Schwerkraft in die Richtung der Achse der Durchführung legen.

Fünfter Schritt: '

Wenn es sich um die in Fig.8, 9, 10 oder 11 gezeigten Anordnungen handelt, wird der Kolben in einen Ofen eingebracht, der auf eine Temperatur gebracht wird, welche das Schmelzen des Glases oder des Emails der Einlage unter Druck hervorruft, so daß die Durchführung unter der vereinigten Wirkung des Schmelzens des Einlagematerials und der ausgeübten mechanischen Kraft in der richtigen Lage angebracht wird. '.".'. . . .'-.'

Fig. 12 zeigt die fertige Durchführung mit einem umschlossenen Draht. Man erkennt bei 7 und 8 die seitliche Schicht des Einlagemetarials.

Fig. 13 zeigt eine Durchführung in Form eines hohlen Metallteils mit der seitlichen Einlageschicht 6 und 8. . ■:·■.·..>··■ . -

Der dichte" Einschluß der Durchführung kennzeichnet sich durch den Übergang: .

Metall-Glas-Glas oder Email der Einlage-Glas, oder auch Metall-Glas oder Email der Einlage-Glas, je nachdem, ob das Metall der Durchführung ummantelt war oder nicht.-

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer gasdichten Durchführung durch eine Glaswand, das folgende Verfahrensschritte umfaßt:

1. die Mantelfläche eines kegelstumpfförmigen Durchführungsteils wird mit einem Einlagematerial überzogen, dessen Schmelztemperatur kleiner als die Erweichungstemperatur der Glaswand ist,

2. das Durchführungsteil wird in einer zuvor in der Glaswand angebrachten öffnung gleicher Form angeordnet und

3. das Einlagematerial wird durch Erhitzen in einem Ofen zum Schmelzen gebracht und dadurch dicht mit der Glaswand verbunden, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der öffnung und des Durchführungsteils unter Berücksichtigung der Dicke des Einlagematerials derart bemessen werden, daß das Durchführungsteil im kalten Zustand nicht von selbst unter seinem eigenen Gewicht vollständig in die Öffnung eindringen kann, und daß die endgültige Abdichtung des Durchführungsteils mit der Glaswand durch Schmelzen des Auftragmaterials in dem Ofen unter der gemeinsamen Wirkung der Erhitzung und einer mechanischen Kraft erfolgt, die während der Dauer der Erhitzung auf das Durchführungsteil ausgeübt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Wände der öffnung in der Glaswand vor der Erhitzung mit dem Einlagematerial überzogen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Kraft durch Druck auf die große Grundfläche des Durchführungsteils ausgeübt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Kraft durch einen Zug auf die kleine Grundfläche des Durchführungsteils ausgeübt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Kraft mittels eines Gewichts ausgeübt wird.