DE2136428A1

DE2136428A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von quecksilberelektrodenschaltern

Info

Publication number: DE2136428A1
Application number: DE2136428A
Authority: DE
Inventors: Gustav Hahn; Karl-Heinz Michel
Original assignee: WILLY GUENTHER KG; WILLY GUENTHER KG 8500 NUERNBERG
Current assignee: WILLY GUENTHER KG; WILLY GUENTHER KG 8500 NUERNBERG
Priority date: 1971-07-21
Filing date: 1971-07-21
Publication date: 1973-02-01
Also published as: DE2136428C3; JPS5111310B2; FR2146376B1; JPS4835370A; DE2136428B2; FR2146376A1; IT962836B; US3844756A; GB1399014A

Description

Willy Günther KG, Nürnberg Z I 3 D 4 4 Q

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Quecksilberelektrodenschaltern.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Quecksilberelektrodenschaltern unter Verwendung eines Glasrohres und mindestens zweier stiftförmiger Elektroden, die in das eine Ende des Glasrohres unter gasdichtem Verschließen dieses Endes eingeschmolzen werden, darauf Quecksilber und inaktives oder reduzierendes Gas oder ein Gasgemisch in das Glasrohr eingefüllt bzw· ein Vakuum hergestellt und danach das andere Ende des Glasrohres gasdicht verschmolzen wird.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art wird zunächst mit einer Maschine an den beiden Enden eines aus transparentem Geräteglas bestehenden Glasrohres, das für die Herstellung zweier Quecksilberelektrodenschalter bestimmt ist, je eine Spitze gezogen und an den Stellen, an denen später die Verschmelzung des elektrodenlosen Endes des Glaskörpers des Quecksilberelektrodenschalters erfolgt, eine Verengung vorgesehen· Dann wird das Glasrohr in der Mitte getrennt, so daß zwei gleiche Glasrohre entstehen. In das offene, den ursprünglichen Durchmesser aufweisende Ende des Glasrohres wird nun

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eine U- förmige Doppelelektrade, deren Schenkel durch eine Glasperle miteinander verbunden sind, mittels einer Gasflamme eingeschmolzen. Da sich nach diesem Schmelzvorgang Spannungen im Glasrohr ergeben, muß dieses Glasrohr einer Temperaturbehandlung unterzogen werden.Die eingeschmolzenen Elektroden werden anschließend blank gebeizt, und zum elektrolytischen Reinigen wird das die beiden Elektroden verbindende Querstück abgeschnitten. In den gereinigten Glaskörper wird Quecksilber eingefüllt und die darin enthaltene Luft durch Schutzgas ersetzt. Darauf erfolgt das gasdichte Verschmelzen des bereits verengten gegenüberliegenden Endes des Glaskörpers, wodurch die Herstellung des Quecksilberelektrodenschalters beendet ist. Nur bei Quecksilberelektrodenschaltern kleineren Durchmessers werden bei einem entsprechenden Glasrohr keine Spitzen gezogen, und die Elektroden weisen keine Glasperle auf. Das bekannte Verfahren ist also umständlich, langwierig und teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der oben bezeichneten Art zu schaffen, das einfacher, schneller und billiger als das bekannte Verfahren durchgeführt werden kann«Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Infrarotstrahlen absorbierendes Glasrohr verwendet wird und das Verschmelzen der Glasrohrenden mit bzw. ohne Elektroden mittels Infrarotstrahlen oder Heizdrähten erfolgt.

Durch den Wegfall einer offenen Gasflamme gestaltet sich das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich einfacher als das bekannte Verfahren.Auch eine Temperaturbehandlung des Glasrohtes nach dem Einschmelzen der Elektroden fällt beim erfinduncjSQtimäßen Verfahren'lort. Ferner brauchen beim erfindunqsgemäßen

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ORJGfNAL

Verfahren Spitzen am Glasrohr nicht gezogen und Verengungen nicht vorgesehen zu werden. Es wird ein Infrarotstrahlen ab-

minimale

sotbierendes Glasrohr verwendet, das eine vorbestimmte/Länge aufweist, die unter Berücksichtigung der verschmolzenen Enden
gleich der Länge des Glaskörpers des hergestellten Quecksilberelektrodenschalters ist. Glasrohrabfälle treten also beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht auf. Für das Glasrohr kann sogenanntes Grünglas verwendet werden. Auch besteht die Möglichkeit, normales GerätegSas zu verwenden, das mit einer Infrarotstrahlen absorbierenden Schicht, z.B. aus Ruß,versehen wird.

Die Erfindungsaufgäbe kann auch dadurch gelöst werden, daß ein aus normalem Geräteglas bestehendes Glasrohr verwendet wird
und das Verschmelzen der Glasrohrenden mittels Heizdrähten erfolgt. Dieses erfindungsgemäße Verfahren weist nahezu die
gleichen Vorteile auf wie das oben erwähnte erfindungsgemäße Verfahren.

Um eine dauerhafte, einwandfreie Einschmelzung der Elektroden im Glasrohr zu erreichen, werden Elektroden aus Eisennickel
verwendet, dessen Ausdehnungskoeffizient etwa gleich dem des Glasrohres ist.

Bei Verwendung mindestens eines Infrarotstrahlers wird dieser erst dann eingeschaltet, wenn Gas durch das Glasrohr strömt, und der Infrarotstrahler bleibt so lange eingeschaltet,
bis das Glasrohr zwischen den Elektroden zusammengeschmolzen ist. Dadurch ist die Gewähr dafiür gegeben, daß sich
bfirc.-itfi Gas irrt Glasrohr befindet, wenn nach dem Erkalten des · ι»!t fjf-n Elektroden verschmolzenen Glasrohres in das Glasrohr

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Quecksilber eingefüllt wird. Beim Verschmelzen des den Elektroden abgewandten Endes des Glasrohres bleibt der Infrarotstrahler so lange eingeschaltet, bis sich das im zugeschmolzenen Glasrohr befindliche Gas so erwärmt hat, daß seine Ausdehnung das weiche Glas nach außen drückt und dadurch die Verschmelzung zu einer Halbkugel ausformt· Dadurch wird eine Spitze, wie sie bekannte Quecksilberelektrodenschalter aufweisen, vermieden.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Vorrichtung verwendet, in der das Glasrohr in einem Halter senkrecht befestigt und in der mindestens ein in zwei verschiedene Stellungen verschiebbarer Infrarotstrahler vorgesehen ist· In den beiden Stellungen-des Infrarotstrahlers werden die beiden Enden des Glasrohres gasdicht verschmolzen. Es kann auch zu beiden Seiten des Glasrohres je ein Infrarotstrahler vorgesehen sein, deren Brennpunkte etwa auf der Mittelachse des Glasrohres liegen· Ferner ist in der Vorrichtung ein Sockel vorgesehen, an dem der Halter befestigt ist und der Bohrungen zur Aufnahme stiftförmiger Elektroden aufweist· Der Sockel kann mit dem Halter und dem Glasrohr durch eine Glocke dicht abgedeckt sein, die eine Gaseinlaßöffnung und ein Quecksilbereinfüllrohr aufweist. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, dem Glasrohr Gas zuzuführen bzw. ein Vakuum im Glasrohr herzustellen und Quecksilber in das Glasrohr einzufüllen. .

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Der Innenraum der Glocke steht mit einer durch den Sockel hindurchftti renden Leitung in Verbindung, die außerhalb des Sockels durch ein Ventil verschließbar ist* Durch diese Leitung und das Ventil können die im Glasrohr bzw· in der Glocke befindliche Luft und das Gas abströmen. Bei der Herstellung eines Vakuums ist das Ventil geschlossen· Die Glocke kann durch eine. Preßluftvorrichtung von dem Sockel abgehoben werden· An denjenigen Stellen, an denen die Glocke von den Infrarotstrahlen durchdrungen wird, besteht sie aus einem infrarotstrahlendurchlässigen Werkstoff. Die Glocke kann auch vollständig aus einem infrarotstrahlendurchlässigen Werkstoff, z.B. Quarzglas bestehen·

Für die Herstellung von Quecksilberelektrodenschaltern mit mehr als zwei Elektroden ist auf dem Sockel ein Elektrodenhalter befestigt, in dem diejenigen Elektroden angeordnet sind, die in das obere Ende des Glasrohres eingeschmolzen werden·

Die Vorrichtung kann zur völligen Automatisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Programmlaufwerk zur automatischen Steuerung der Arbeitsgänge aufweisen, das durch einen Schalter in Gang setzbar ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren und ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zu seiner Durchführung sollen an Hand der Figuren erläutert werden· Es zeigent

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Fig.l ein Glasrohr,

Fig.2 eine stiftförmige Elektrode,

Fig.3 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig.4 eine Vorderansicht und eine Seitenansicht des Glasrohres gemäß Fig.l mit an einem Ende eingeschmolzenen Elektroden gemäß Fig.2,

Fig.5 einen aus dem Glasrohr gemäß Fig.4 fertiggestellten Quecksilberelektrodenschalter,

Fig.6 einen aus dem Glasrohr gemäß Fig.4 fertiggestellten Elektrodenschalter mit drei Elektroden und

Fig.7 einen aus dem Glasrohr gemäß Fig.4 fertiggestellten Quecksilberelektrodenschalter mit vier Elektroden·

In Fig.l ist ein Glasrohr 1 dargestellt, das aus sogenanntem Grünglas besteht, das Infrarotstrahlen absorbiert. Fig.2 zeigt eine stiftförmige Elektrode 2 aus Eisennickel, dessen Ausdehnungskoeffizient etwa gleich dem des Glasrohres 1 ist.

In Fig.3 ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt· Die Vorrichtung weist eine Grundplatte 3 auf, auf der ein Sockel 4 und zwei Lampenhalter befestigt sind. Beide Lampenhalter 5 tragen je einen Infrarotstrahler 6, z.B. einen energiereichen Halogen-Infrarotstrahler. Die Infrarotstrahler 6 können zwei verschiedene Arbeitsstel-

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lungen einnehmen· Ihre untere Stellung ist durch voll ausgezogene Linien und ihre obere Stellung durch gestrichelte Linien gekennzeichnet. Ein oberer schmaler Teil 7 des Sockels 4 weist zwei senkrechte Sackbohrungen 8 auf, die zur Aufnahme von zwei stiftförmigen Elektroden 2 dienen« An dem Sockel 4 ist ein Halter 9 befestigt, der zur Halterung des Glasrohres dient· Der obere Teil 7 des Sockels 4 mit den beiden Elektroden 2 und dem Halter 9 mit dem Glasrohr 1 ist durch eine Glocke 10 abgedeckt, die sich mit ihrem unteren Ende an einer Dichtung 11 abstützt, die in eine entsprechende ringförmige Nut des Sockels 4 eingelegt ist· Die Glocke 10, die aus einem infrarotstrahlendurchlässigen Werkstoff, ζ·Β» Quarzglas besteht, weist eine Gaseinlaßöffnung 12 und ein Quecksilbereinfüllrohr 13 auf· In die obere Öffnung der Glocke 10 ist eine Kolbenstange 14 dicht eingesetzt, die von einer Preßluftvorrichtung 15 in senkrechter Richtung so verschoben werden kann^ daß bei der Verschiebung nach unten die Glocke 10 die in Fig.3 dargestellte Lage einnimmt und bei Verschiebung in senkrechter Richtung nach oben die Glocke 10 sich oberhalb des Glasrohres 1 befindet. Der obere Teil 7 des Sockels 4 weist eine Querbohrung 16 auf, die über eine senkrechte Bohrung 17 des Sockels 4 mit einer Leitung 18 in Verbindung steht, die ein Ventil 19 aufweist.

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Vor der Benutzung der Vorrichtung befindet sich die Glocke 10 so weit oberhalb des Halters 9, daß in die Bohrungen 8 zwei stiftförraige Elektroden 2 nach Fig.2 und in den Halter 9 ein Glasrohr 1 gemäß Fig.l eingeführt werden können· Hierbei befinden sich die beiden Elektroden 2 innerhalb des Glasrohres

Zu der Vorrichtung gemäß Fig.3 gehört ein nicht dargestelltes Programmlaufwerk, das so vorprogrammiert ist, daß alle Arbeitsgänge automatisch gesteuert werden« Dieses Prograramlaufwerk wird durch einen Schalter in Gang gesetzt. Es kann auch das Einsetzen der Elektroden 2 und des Glasrohres 1 steuern. Dann wird die Preßluftvorrichtung 15 betätigt, deren Kolbenstange 14 die Glocke 10 so weit senkt, daß sie auf der Dichtung 11 aufliegt· Kurz nach dem Aufsetzen der Glocke 10 auf der Dichtung 11 strömt Shhutzgas durch die Gaseinlaßöffnung 12 in die Glocke 10 und damit auch in das Glasrohr 1 ein· Dieses Schutzgas strömt dann durch die Querbohrung 16, die senkrechte Bohrung 17 und die Leitung 18 sowie das geöffnete Ventil 19 nach außen. Während das Schutzgas in der vorbeschriebenen Weise strömt, werden die Infrarotstrahler 6 eingeschaltet, die so angeordnet sind, daß ihre Brennpunkte auf der Mittelachse des Glasrohres 1 liegen. Die fokussierenden Strahlen der Infrarotstrahler 6 erzeugen im gemeinsamen Brennpunkt eine Temperatur von etwa 1600 C. Durch diese Temperatur erweicht das infrarotstrahlenabsorbierende Glasrohr 1 am unteren Ende, das erweichte

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Glas legt sich um die Elektroden 2. Die Infrarotstrahler 6 bleiben so lange eingeschaltet, bis das Glasrohr 1 zwischen den Elektroden 2 zusammengeschmolzen und damit das Glasrohr an seinem unteren Ende dicht verschlossen ist (Fig.4). Nach dem Ausschalten der Lampen kühlt das untere Ende des Glasrohres 1 mit den beiden Elektroden 2 ab· Nach dieser Abkühlung, wird durch das Quecksilbereinfüllrohr 13 eine dosierte Menge Quecksilber 1' in das am unteren Ende dicht geschlossene Glasrohr 1 eingefüllt. Danach erfolgt eine Verschiebung der Infrarotstrahler 6 nach oben in die in Fig.3 durch gestrichelte Linien dargestellte Lage, in der.der gemeinsame Brennpunkt der beiden Infrarotstrahler 6 auf der Mittelachse des Glasrohres 1 etwas unterhalb seines oberen Endes liegt. Die Infrarotstrahler 6 werden nun eingeschaltet, und ihre fokussierenden Strahlen erweichen das obere Ende des Glasrohres 1, das nach innen kippt und das Glasrohr 1 dicht verschließt,, Die Infrarotstrahler 6 bleiben so lange eingeschaltet, bis das eingeschlossene Schutzgas sich in dem dicht geschlossenen Glasrohr erwärmt und durch seine Ausdehnung das weiche Glas nach oben drückt und dadurch die Verschmelzung zu einer Halbkugel 20 ausformt, wie aus Fig.5 klar ersichtlich ist, die den fertigen Quecksilberelektrodenschalter zeigt. Darauf wird der Schutzgaszufluß durch die Gaseinlaßöffnung 12 abgeschaltet und die Glocke 10 durch die Kolbenstange 14 der Preßluftvorrichtung nach oben bewegt. Der fertige QuecksilbeiElektrodenschalter kann aus dem Halter 9 herausgenommen werden.

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Die beiden Infrarotstrahler 6 werden wieder in ihre untere Stellung gemäß Fig.3 zurückgebracht.

Für die Herstellung von Druckgasquecksilberelektrodenschaltern wird das Steuerprogramm für das Programmlaufwerk so abgeändert, daß während der Schmelzvorgänge das Ventil 19 geschlossen bleibt. Dadurch baut sich in der Glocke 10 und damit auch im Glasrohr 1 ein höherer Druck auf, der nach dem gasdichten Ver— schmelzen des Glasrohres 1 als vorbestimmter Überdruck vorhanden ist.

Für die Herstellung von Unterdruckquecksilberelektrodenschal— tern bleibt das Ventil 19 ebenfalls geschlossen, und durch die Gaseinlaßöffnung 12 wird die in der Glocke 10 und im Glasrohr 1 befindliche Luft abgesaugt und durch Schutzgas ersetzt, das durch die Öffnung 12 eingefüllt wird. Dieses eingefüllte Schutzgas wird aber dann wieder abgesaugt, so daß in der Glocke 10 und im Glasrohr 1 eine Restatmosphäre verbleibt, die aus Schutsgas und nicht aus Luft sauer stoff besteht, so daß damit eine Oxydation der Elektroden 2 beim Schmelzen verhindert wird.

Zur Herstellung von Quecksilberelektrodenschaltern mit mehreren als zwei Elektroden ist auf dem Sockel ein Elektrodenhalter befestigt, in dem diejenigen Elektroden angeordnet

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sind, die in das obere Ende des Glasrohres eingeschmolzen werden. Diese Elektroden werden vom Elektrodenhalter so festgehalten, daß sie von oben in das Glasrohr 1 mit einer vorbestimmten Länge hineinragendes© Eine Änderung des Ver— schmelzungsvorganges erfolgt hierbei nicht* Entsprechende Quecksilberelektrodenschalter sind in den Fig„6 und 7 dargestellte Die Fig.6 zeigt einen Quecksilberelektrodenschalter mit drei Elektroden und die Fig.7 einen solchen mit vier Elektroden·

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Claims

Patentansprüche:

.!./Verfahren sur Herstellung von Quecksilberelektrodenschaltern unter Verwendung eines Glasrohres und mindestens zweier stiftförmiger Elektroden, die in das eine Ende des Glasrohres unter gasdichtem Verschließen dieses Endes eingeschmolzen werden, darauf Quecksilber und inaktives oder reduzierendes Gas oder ein Gasgemisch in das Glasrohr eingefüllt bzw. ein Vakuum hergestellt und danach das andere Ende des Glasrohres gasdicht verschmolzen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Infrarotstrahlen absorbierendes Glasrohr (1) verwendet wird und das Verschmelsen der Glasrohrenden mit bzw. ohne Elektroden (2) mittels Infrarotstrahlen oder Heizdrähten erfolgt.
2. Verfahren zur Herstellung von Quecksilberelektrodenschaltern unter Verwendung eines Glasrohres und mindestens zweier sfcdiftförmiger Elektroden, die in das eine Ende des Glasrohres unter gasdichtem Verschließen dieses Endes eingeschmolzen werden, darauf Quecksilber und inaktives oder reduzierendes

eingefüllt bzw. ein Vakuum Gas oder exn Gasgemisch in das Glasrohr/tiergestellt und danach das andere Ende des Glasrohres gasdicht verschmolzen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus normalem Geräteglas bestehendes Glasrohr verwendet wird und das Verschmelzen der Glasrohrenden mittels Heizdrähten erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Elektroden (2) aus Eisennickel verwendet werden, dessen Ausdehnungskoeffizient etwa gleich dem des Glasrohres (1) ist.

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4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung mindestens eines Infrarotstrahlers (6) dieser erst eingeschaltet wird, wenn Gas durch das Glasrohr (1) strömt, und so lange eingeschaltet bleibt, bis das Glasrohr (1) zwischen den Elektroden (2) zusammengeschmolzen ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Infrarotstrahler (6) beim Verschmelzen des den Elektroden (2) abgewandten Endes des Glasrohres (1) so lange eingeschaltet bleibt, bis sich das im zugeschmolzenen Glasrohr (1) befindliche Gas so erwärmt hat, daß seine Ausdehnung das weiche Glas nach außen drückt und dadurch die Verschmelzung zu einer Halbkugel (20) ausformt«,
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Glasrohr (1) in einem Halter (9) senkrecht befestigt und mindestens ein in zwei verschiedene Stellungen verschiebbarer Infrarotstrahler (6) vorgesehen ist.
7.Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten des Glasrohres (1) je ein Infrarotstrahler (6) vorgesehen ist, deren Brennpunkte etwa auf der Mittelachse des Glasrohres (1) liegen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sockel (4) vorgesehen ist, an dem der Halter (9) befestigt ist und der Sackbohrungen (8) zur Aufnahme stift förmiger Elektroden (2) auf v/eist.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockel (4) mit dem Halter (9) und dem Gläsrohr (1) durch eine Glocke (10) dicht abgedeckt ist, die eine Gaseinlaßöffnung (12) und ein Quecksilbereinfüllrohr (13) aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum der Glocke (10) mit einer durch den Sockel (4) hindurchführenden Leitung (18) in Verbindung steht, die außerhalb des Sockels (4) durch ein Ventil (3i9) verschließbar ist..
11.Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Glocke (10) durch eine Preßluftvorrichtung (15) von dem Sockel (4) abhebbar ist.
12· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Glocke (10) an denjenigen Stellen, an denen sie von den Infrarotstrahlen durchdrungen wird, aus einem infrarotstrahlendurchlässigen Werkstoff besteht.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Glocke (10) vollständig aus Quarzglas besteht.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Sockel (4) ein Elektrodenhalter befestigt ist, in dem diejenigen Elektroden (2) angeordnet sind, die in das obere Ende des Glasrohres (1) eingeschmolzen werden.
15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Programmlaufwerk zur automatischen Steuerung der Arbeitsgänge aufweist, das durch einen Schalter in Gang setzbar ist-,

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