DE1813325B2 - Verfahren zum zusammenschmelzen eines roehrenfoermigen glassockels mit dem offenen ende eines roehrenfoermigen glaskolbens - Google Patents

Description

Deformierungserscheinungen, welche eine Veränderung der Gesamtabmessungen des Röhrenkolbens verursachen, lassen sich vermeiden, wenn man den oberen Teil des Kolbens mechanisch an seinem Platz festhält, während die Verbindungsstelle weich ist und eine Schrumpfung zuläßt, wenn die ursprüngliche Ausrichtung zwischen Sockel und Kolben hergestellt wird. Diese Maßnahmen erfordern jedoch zusätzlichen Arbeits- und ueräteaufwand für die Herstellung solcher Röhren.

Die Aufgabe der Erfindung besteht ir der Vermeidung des zusatzlichen Arbeits- und Ger'.*teaufwandes. Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Verfahren zum Verschmelzen eines röhrenförmigen Glassockels mit dem offenen Ende eines röhrenförmigen Glaskolbens, bei dem der Äußendurchmesser des Glassockels kleiner als, der Innendurchmesser des Kolbens ist und deT Sockel koaxial im inneren Ende des Kolbens derart angeordnet wird, daß die Wandungen von Kolben und Sockel sich überlappen, erfindungsgemäß dadurch, daß der Ringraum zwischen den sich überlappenden Wandabschnitten von Kolben und Sockel auf einen Druck unterhalb de« umgebenden Atmosphärendruckes evakuiert wird, daß nacheinander Teile des überlappenden Kolbenabschnittes auf eine Temperatur bei oder oberhalb der Erweichungstemperatur des Glaskolbens erhitzt werden, während die angrenzenden Teile des Glaskolbens unterhalb der Erweichungstemperatur des Glases gehalten werden, bis die erhitzten Wandteile nacheinander unter Einfluß des Umgebungsdruckes nach innen fallen und mit dem überlappten Teil der Sockehvandung verschmelzen.

Bei einer weiteren Ausführungsfcrm der Erfindung, bei der ein Sockel mit einem Glaskolben verschmolzen wird und das andere Ende des röhrenförmigen Glaskolbens verschlossen ist und eine Schicht eines auf Um^ebungsgase reagierenden Materials enthält, wird diese Materialschicht geschützt, indem der Kolben mit einem Gas gefüllt w'rd, welches mit der Materialschicht nicht reagiert.

Die Ei findung ist im folgenden an Hand von Darstellungen eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch ein Gerät zum Evakuieren und Verschmelzen, auf dem Glaskolbenteile einer Vidicon-Kameraröhre lose vormontiert sind und

Fig. 2 einen Querschnitt durch den unteren Teil einer verschmolzenen Video-Kameraröhre.

Für die Ausführung der Erfindung eignet sich beispielsweise e'm Gerät, welches zum Verschmelzen zweier Teile eines Glaskolbens für eine Vidicon-Fernsehkameraröhre bestimmt ist.

Fig. 1 zeigt den Kolben 10 einer Vidicon-Röhre mit einem Kolbenteil 12 and einem Sockelteil 14, die zwar zusammengefügt, aber noch nicht verschmolzen sind, Der Kolbetiteil 12 kann ein Stück aus Borsilikathartglasröhrvon etwa 15 cm Länge, 22 mm Innendurchmesser und 25 mm Außendurchmesser sein. Ein Ende des Rohres 12 ist mit einer Fondplatte 16 verschlossen, auf deren Innenfläche sich eine photoleitende Schicht 18 befindet. Der Sockelabschnitt 14 ist ebenfalls ein Stü<± Borsilikathartglasrohr von etwa 25 mm Länge, 19 mm Innendurchmesser und etwas weniger als 22 mm' Außendurchmesser. In den Sockel ist eine Reihe elektrischer Leiter 22 eingebettet, welche aus einer Metallegierung aus 29% Nickel, I70/0 Kobalt, 0,3% Mangan und 53,7% Eisen besteht An ein Ende des Sockels 14 ist ein Stück Abschmelzrohr 24 von etwa 9,5 mm Innendurchmesser und 6Vi mm Außendurchmesser angeschmolzen, welches ein Vakuumverschmelzen des fertigen zusammengeschmolzenen Röhrenkolbens ermöglicht, nachdem der Sockel 14 und der Kolben 12 zusammengeschmolzen sind. An den Innenteilen der Kovarleiter 22 ist in einem kurzen Abstand von der photoleitenden Schicht 18 eine Elektronenkanone 26 befestigt.

Einige photoleitende Filme, wie Bleimonoxyd, welche für die photoleitende Schicht 18 verwendet werden, sind empfindlich gegen Umgebungsluft oder Gase und verlieren einige ihrer erwünschten Eigenschaften, wenn sie der Atmosphäre ausgesetzt werden. So ist es erforderlich, solch eine empfindliche Schicht 18 nach ihrer Ablagerang auf der Fondplatte 16 zu schützen, indem man entweder ein Vakuum im Kolben 12 aufrecht erhält oder den Kolben mit einem Gas füllt, mit welchem die S'.icht 18 nicht reagiert. Der untere Teil des Kolbens 12 pnßt über das offene Ende des Sockels 14, der in einer Montageplatte 28 angeordnet ist, so daß die Elektronenkanone 26 genau im gewünschten Abstand von der photoleitende.. Schicht 18 gehalten wird, wenn der Kolben 12 auf der Montageplatte 28 gehaltert wird. Der Aaßendurchmesser des Sockels 14 ist kleiner als der Innendurchmesser des Kolbens 12. Der Sockel ist koaxial so im offenen Ende des Kolbens angeordnet, daß die Wandungen von Kolben und Sockel sich überlappen. Das offene Ende des Kolbens 12 sitzt auf einem Dichtring 30 um eine Öffnung in der Montageplatte herum, ven der eine Leitung 31 zu einer nicht dargestellten Vakuumpumpe führt.

Auf der Oberseite der Montageplatte 28 ist ein Brenner 32 angeordnet, der so aufgebaut ist. daß er leicht um das Vidicon 10 auf einer Kreisbahn herum bewegt werden kann. Der in F i g. 1 dargestellte Brenner 32 enthält eine Mehrlochdüse 34 in Form eines Stückes Hohlrohr, welches ringförmig gebogen und an seinen Enden zusammengefügt ist und mit drei Füßen 36 in seiner Ringnut 37 steht, welche in der Oberseite der Montageplatte 28 ausgebildet ist. Am Außendurchmesser des Düsenrohres 34 ist ein Griff 28 befestigt, mit Hilfe dessen sich das Düsenrohr drehen läßt. An der dem Griff 38 gegenüberliegenden Seite ist ebenfalls am Außendurchmesser des Düsenrohres 34 ein kurzes Rohrstück 39 angebracht, durch welches eine Mischung aus Luft und Naturgas in Jas Innere des Düsenrohres 34 eintritt. Auf d?r Innenseite des Düsenrohres 34 ist in einem Abstand von etwa 9,5 mm von dem Rohr 12 eine Brenne* spitze 40 angebracht, wie sie üblicherweise für das Verbrennen einer Mischung aus Naturgas und Luft verwendet wird. Die Spitze 40 ist so gebaut und die Gas-Luft-Mischung, welche ihr vom Düsenrohr 34 zugeführt wird, ist se eingestellt, daß die von der Brennerspitze ausgehende sichtbare Flamme etwa 12,5 mm und der blaue Innenkegel der Flamme etwa 4,7 mm lang ist. Die Höhe der Flamme ist so gewählt, daß sie den Kolben 12 an Punkten zwischen etwa 12,5 und 22 mm unterhalb des offenen Endes des Sockels 14 trifft.

Der RingraUm zwischen den überlappenden Wandabschnitten, des Kolbens und des Sockels wird auf einen Druck unterhalb des umgebenden Atmosphärendruckes evakuiert, etwa auf 10-^eTorr. Der Kolben 12 wird durch den Atmosphäreridruck gegen den Dichtring 30 gedrückt und hermetisch abgeschlossen.

Der Brenner 32 wird gezündet und um den Kolben 12 einmal mit einer konstanten Geschwindigkeit von einer Umdrehung pro Minute herumbewegt, wobei er einen knappen Zentimeter über seine Ausgangslage hinausbewegt wird. Wenn sich die Flamme des Brenners 32 längs der ringförmigen Verschmelzzone des Kolbens 12 während ihres Weges um diesen herum bewegt, dann wird jeder kleine Umfangsabschnitt der Schmelzzone, welche die Flamme berührt, auf etwa 900 Grad Celsius, d. h. eine Temperatur bei oder oberhalb der Erweichungstemperatur, aufgeheizt; bei dieser Temperatur kann das Glas mit Hilfe des Umgebungsatmosphärendruckes bearbeitet werden, welcher auf die Außenseite des Kolbens 12 einwirkt und die Wandung des erweichten Kolbens 12 nach innen drückt, bis sie die Wandung des Sockels 14 berührt. Bei diesem Kontakt wird genügend Hitze auf die Wandung des Sockels 14 übertragen, so daß auch dieser bei einer Temperatur von etwa 800 Grad Celsius gleichzeitig erweicht und etwas nach innen fällt und eine fest verschmolzene Dichtung mit uer Wandung des Kolbens 12 bildet. Wenn sich der Brenner fort zu einem benachbarten Abschnitt der Verschmelzungszone bewegt, dann kühlt das zuvor verschmolzene Segment ab. Da die Brennerspitze 40 zu einer bestimmten Zeit nur ein kleines Segment der Verschmelzungszone auf die Erweichungstemperatur erwärmt, verbleiben die übrigen Segmente der Verschmelzungszone unterhalb der Erweichungstemperatur des Glases und sind daher genügend fest, um die ursprünglichen Axiaiabmessungen von Kuibcii und Sockel aufrechtzuerhalten. Die Gesamtlänge von Kolben und Sockel bleibt praktisch erhalten, da der obere und der untere Teil oberhalb und unterhalb der Verschmelzungszone ihre gegenseitige Lage nicht verändern. Da der Brenner 32 einen vollen Umlauf zuzüglich etwa 1 cm Überlappung macht und einen gasdichten Verschluß 32 zwischen Sockel 14 und Kolben 12 bildet, wie Fig. 2 zeigt, bleibt der Abstand zwischen der Elektronenkanone 26 und der photoleitenden Schicht 18 genau eingehalten, wie es vor dem Verschmelzen der Fall war, ohne daß während des Verschmelzvorganges der obere Teil des Kolbens 12 noch besonders in seiner Lage gehalten werden müßte.

Das hier beschriebene Verfahren eignet sich für das Verschmelzen von Stücken aus normalem Hartglas, beispielsweise einer Zusammensetzung aus 61 % SiO₂, 22 % B₂O₃, 8 % Al₂O₃ und je 2 % Na₂O, BaO, K₂O. Dies ist ein überraschender Effekt, da man normalerweise erwartet, daß bei der ungleichmäßigen Erhitzung durch das vorliegende Verfahren Brüche auftreten, wenn es bei normalem Hartglas angewendet wird anstatt bei Quarzglas oder einem Brandglas etwa der Zusammensetzung 80% SiO₂, 14% B₂O₃, 2% Al₂O₃ und 4% Na₂O. Die Möglichkeit, daß sich das erfindungsgemäße Verfahren auch erfolgreich bei billigem Hartglas anwenden läßt, ist von außerordentlich großer wirtschaftlicher Bedeutung. Ein Vorteil bei der Verwendung dieses billigen Hartglases besteht darin, daß es sich bereits mit einer Flamme aus Naturgas und Luft bearbeiten läßt, im Gegensatz zu den Wasserstoff-Sauerstoff-Flammen, die sonst verwendet werden müßten. Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden daher besondere Geräte für die Erzeugung einer Verschmelzungsflamme nicht benötigt, da sich hierfür erne Naturgas-Luft-Flamme mit einem höheren Gasanteil bereits eignet. Ein weiterer Vorteil des Hartglases liegt darin, daß es gut mit Kovarleitungen verschmilzt und außerordentlich feste und zuverlässige elektrische Verbindungsleitungen zu den inneren Aufbauten des Röhrenkolbens ergibt. Diese Vorteile und die Tatsache, daß Hartglas in der Wandlerröhrenindustrie weit verwendet wird und daher leicht in verschiedenartigsten Formen zur Verfügung steht, tragen erheblich zu Einsparungen bei den Herstellungskosten bei.

ίο Das Erhitzen des Glaskolbens 10 kann auf verschiedene Weise variiert werden, je nach der Glasart und der gewünschten Verschmelzung. Beispielsweise kann der Brenner 40 ein erstes Mal um den Glaskolben 12 herumgeführt werden, um die Wandung des Rohres unterhalb der Erweichungstemperatur aufzuheizen. Bei einem zweiten Umlauf kann die Flamme des Brenners 40 die Wandung des Kolbens 12 in der beschriebenen Weise zusammenfallen lassen. Ein dritter Umlauf der Flamme des Brenners 40 um den KoI-ben kann einer weiteren Wärmezufuhr zu einem Erweichen und einem leichten Zusammenfallen der inneren Wandung des Sockels 14 dienen. In einem weiteren Flammenumlauf um den Kolben kann schließlich eine Wärmenachbehandlung oder iigendeine andere gewünschte Wärmebehandlung erfolgen.

Es ist bereits die Rede davon gewesen, daß bestimmte photoleitende Filme 18, etwa Bleimonoxyd, durch in der Atmosphäre vorkommende Gase nachteilig beeinflußt werden. Zu diesen Gasen zählen Wasserdampf, Kohlenmonoxyd ebenso wie KohlenuiüXyd. Nuiiimici weise wird ein solcher phutuieiiender Film 18 durch Verdampfen des photoleitenden Materials im Vakuum von einem erhitzten Träger oder Faden auf die Frontplatte 16 ausgebildet. Führt man diese Ablagerung getrennt von dem Verschmelzvorgang auf der Montageplatte 28 aus, dann muß man den photoleitenden Film 80 gegen die Atmosphäre schützen, während der rohrförmige Röhrenkolben 10 auf die Montageplatte 28 übertragen wird.

Dies kann beispielsweise durch Auf rechterhalten eines Vakuums im Kolben 10 während des Transportes, oder durch Einfüllen eines inerten Gases in den Kolben 12 erfolgen, welches keine schädliche Wirkung auf den photoleitenden Film hat, sondern ihn während der Übertragung gegen die Atmosphäre schützt. Das Erhitzen von Teilen der überlappenden Wandung 12 braucht nicht fortlaufend um den Umfang der Wandung 12 durchgeführt werden, sonde^ri kann auch an im Abstand voneinander befindlichen Teilen und in einer Reihenfolge erfolgen, welche den Erfordernissen des Glases und der Konstruktion der Glasteile entgegenkommt.

Während der Ausbildung der Verschmelzung 42 werden jedoch bestimmte, im Glas eingeschlossene Gase freigesetzt, wenn das Glas vom Brenner 40 erwärmt wird. Diese ausgetretenen Gase enthalten auch Wasserdampf und eventuell weitere Gase, weiche schädlich für den photoleitenden Film 18 sind. Dahe. wird während des Schmelzvorganges ein inertes Spülgas durch die Röhre 70, welches von einer Gas quelle bis in eine Lage dicht bei dem FUm 18 reicht, in den Kolben eingeblasen. Das Spülgas strömt über die Oberfläche des photoleitenden Films 18 und bildet während des Verschmelzens eine Schutzgas- schicht. Da der Kolben 10 während des Verschmelzens ständig evakuiert wird, fließt das Spülgas über die Oberfläche des photoleitenden Films 18 nach unten durch den Röhrenkolben 10 zur Vakuum-

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impe. Dieser Gasfluß spült den Kolben während JS Verschmelzens und entfernt alle schädlichen ase, welche während des Verschmelzens austreten, >n dem photoleitenden Film 18 in die Vakuumange. Als Spülgas eignet sich Stickstoff oder Argon,

welcher mit einem zur Ausbildung eines langsamei Gasstromes genügend niedrigen Druck in den Kolbei 10 einströmt. Beispielsweise kann der Gasdrucl zwischen wenigen und einigen hundert Mikromete Quecksilber liegen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (6)

nenröhren sollen bisweilen zwei Abschnitte eines Patentansprüche: Glaskolbens miteinander verschmolzen werden, wäh rend sie evakuiert werden. Beispielsweise werden auf

1. Verfahren zum Verschmelzen eines rohrför- diese Weise verschiedene Typen von Video-Kameramigen Glassockels mit dem offenen Ende eines 5 röhren hergestellt Der Rohrteil besteht bei dieser Glaskolbens, bei dem der Außendurchmesser des Röhre praktisch aus einem geraden runden Hohlglas-Glassockels kleiner als der Innendurchmesser des zylinder, dessen eines Ende mit einer durchsichtigen Kolbens ist und der Sockel koaxial derart im Frontplatte abgeschlossen ist und dessin anderes offenen Ende des Kolbens angeordnet ist, daß Ende offen ist Das offene Ende wird an einen Sockel sich benachbarte Teile der Wandungen von KoI- io angeschmolzen, der ebenfalls aus einem geraden, ben und Sockel überlappen, dadurch ge- runden Hohlglaszylinder besteht, dessen offenes Fnde kennzeichnet, daß der Ringraum zwischen einen etwas kleineren Außendurchmesser hat, als der den sich überlappenden Wandabschnitten vom Inner durchmesser des offenen Endes des Röhrenkol-Kolben (12) und Sockel (14) auf einen Druck bens ist

unterhalb des umgebenden Atmosphärendruckes 15 Der Sockel trägt üblicherweise einen Elektrodenevakuiert wird, daß nacheinander Teile des über- aufbau, der innerhalb des Röhrenkolbens durch Verlappenden Wandabschnittes des Kolbens (12) auf schweißen des Sockels mit dem Kolben fixiert wird,
eine Temperatur bei oder oberhalb der Erwei- Die ϊηηετε Oberfläche der Frontplatte des Röhrenchungster.^eratur des Glases des Kolbens er- kolbens wird mit einer photoleitrnden Schicht überwärmt werden, während benachbarte Teile der 20 zogen, welche durch in der Atmosphäre vorkom-Kolbenwandung unterhalb der Erweichungstem- mendeGase leicht beschädigt wird. Daher so'l die auf peratur des Glases gehalten werden, bis die erhitz- der Innenfläche der Frontplatte gebildete photoleiten Wandteile nacheinander unter Einwirkung tende Schicht gegen Gase aus der Umgebung geschützt des umgebenden Atmosphärendruckes sich nach werden, während der Kolben mit dem Sockel innen legen und mit den überlappten Teilen der 25 verschmolzen wird, bis der gesamte Röhrenkolben Sockelwandung verschmelzen. vollständig evakuiert und abgeschmolzen ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- Viele Jahre lang hat man die Sockel in das offene kennzeichnet, daß das offene Ende des Kolbens Ende des Röhrenkolbens teleskopartig eingeschmol-(12) hermetisch abgeschlossen ist und der Kolben zen, wobei sich Teile des Sockels und ο Kolbens unterhalb cjn umgebenden Atmosphärendruck 30 überlappt haben. Dann wird der gesamte Umfang des evakuiert wird. ringförmigen Teiles der überstehender Kolbenwan-

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch dung auf eine Bearbeitungstemperatu. hitzt, bei gekennzeichnet, daß die Er' itzung ausreichend welcher das Glas bearbeitet oder zur Bi. ng eines ist, um die Wandung des Sockels (14) zu erwei- Verschlusses zusammengefügt werden kann. Wenn chen, bis sie durch den umgebenden Atmosphä- 35 die erhitzte Kolbenwandung erweicht, fällt sie nach rendruck nach innen gedrückt wird. irnen zusammen, berührt die Sockelwandung und

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 verschmilzt mit ihr zu einem dichten Verschluß.

bis 3, bei dem das andere Ende des rohrenförmi- Schwierigkeiten treten bei diesem Verfahren dann gen Glaskolbens (12) verschlossen ist und eine auf, wenn sich die Gesamtabmessungen des Röhrengegen Umgebungsgase empfindliche Material- 40 kolbens nicht verändern dürfen. Beispielsweise ist am schicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sockel einer Vidicon-Kameraröhre eine Elektronen-Materialschicht durch Füllen des Kolbens (12) kanone befestigt, die sehr genau hinsichtlich der mit einem Gas geschützt wird, welches mit der photoleitenden Schicht auf der Frontplatte angeord-Materialschicht nicht reagiert. net und sehr genau bezüglich der Röhrenachse aus-

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch ge- 45 gerichtet sein muß. Falls der Röhrenkolben infolge kennzeichnet, daß das nichtreagierende Gas als der Behandlung beim Zusammenschmelzen in seiner über die Oberfläche des empfindlichen Materials Länge schrumpft oder sich aus seiner Achse verbiegt, fließender Schutzgasstrom in den Kolben (12) dann ist die gewünschte Ausrichtung der Elektroneneingebracht wird. kanone hinfällig. Wenn der gesamte ringförmige Teil

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch ge- 50 der Überlappung gleichzeitig auf die Erweichungskennzeichnet, daß das in den Kolben (12) ein- temperatur erhitzt wird, dann ist der obere Teil des geführte Gas zum Spülen des Kolbens während Kolbens nicht mehr fest mit dem unteren Teil verdes Verschmelzens kontinuierlich abgesaugt wird. bunden und wird durch die Schwerkraft, durch Luftdruck oder durch ungleichmäßige Kühlung des

55 erhitzten Glases an der Verbindungsstelle leicht aus

der ursprünglichen Röhrenachse herausgebogen.

Weiterhin wird durch Erwärmen der gesamten Uberlappungsstelle von Kolben und Sockel in der Umhül-

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zusam- lung eine beträchtliche Gasmenge freigesetzt, die in

menschmelzen eines röhrenförmigen Glassockels mit 60 den inneren Oberflächen der erhitzten Glasteile ge-

dem offenen Ende eines röhrenförmigen Glaskolbens, bunden war. Diese Gase bilden jedoch in der Nähe

bei welchem der Außendurchmesser des Glassockels der photokathoden Oberfläche eine diese beeinträch-

kleiner als der Innendurchmesser der Röhre ist und tigende Atmosphäre.

der Sockel koaxial innerhalb des offenen Endes der Einschrumpfen des erhitzten Glases kann auch die

Röhre derart angeordnet wird, daß sich nebenein- 65 Gesamtlänge des Kolbens etwas verkürzen. Wenn

ander befindliche Teile der Wandungen der Röhre diese Kolbenlänge bei bestimmten Anwendungsfällen

und des Sockels überlappen. kritisch ist, dann ist eine solches Schrumpfen des

Bei der Herstellung von Glaskolben für Elektro- Röhrenkolbens von Nachteil. Diese Schrumpf- oder