DE3105698A1

DE3105698A1 - Vakuumgehaeuse

Info

Publication number: DE3105698A1
Application number: DE19813105698
Authority: DE
Inventors: Roger Alphee Allaire
Original assignee: Corning Glass Works
Current assignee: Corning Glass Works
Priority date: 1980-02-22
Filing date: 1981-02-17
Publication date: 1982-01-14
Also published as: JPS56134540A; FR2476910B1; US4312457A; FR2476910A1

Description

Anmelderin: Corning G-lass Works
Corning, N.Y., USA

Vakuumgehäus e

Die Erfindung "betrifft Vakuum- oder leilvakuunigehäuse, insbesondere für Bildanseigevorrichtungen mit fl? ehern Bildschirm, oder solaren Kollektoren zur Nutzung der Sonnenenergie, und dergleichen.

Es besteht seit längerem ein Bedürfnis nach Fernsehgeräten mit flacher, großräumiger Bildanzeige. Dies scheiterte jedoch an der Notwendigkeit die Bauteile in einem Vakuumgehäuse unterzubringen. Der hohe Außendruck machte es unmöglich, Gehäuse mit großflächiger Flachbildanzeige zu schaffen, welche, den hohen Außendruck beim Anlegen eines Vakuums oder Teilvakuums aushalten. Es können hierbei Druckkräfte in der Größenordnung von etwa einer Tonne pro Quadratfuß, (929 cm )

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also bei 8 ft" = 73B2 cm großen Gehäusen Drücke von 16 Tonnen entstehen. Zwar können die Gehäuse von innen durch Stützplatten

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gesichert werden, aber auch bei solcher Abstützung treten immer noch die Gehäusewände stark belastende und sogar verformende, und häufig die geforderten Maximalbelastungsgrenson überschreitende Kräfte auf.

Die US-PS 4,101,802 und 4,117,368 beschreiben diese Probleme nicht zufriedenstellenden losende Bildanzeigegeräte mit flachem Bildschirm, die US-PS 3,995,615 und 4,038,965 zeigen Beispiele für solare Kollektoren zur Nutzung der Sonnenenergie.

Die Erfindung hat Vakuum- oder Teilvakuumgehäuse für solare Kollektoren oder flache Bildanzeigevorrichtungen mit erheblicher Verringerung der das Gehäuse belastenden Kräfte zur Aufgabe.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die zwischen eine Vorder- und eine Rückwand bildenden Wände liegenden Seitenwände schräg ausgebildet sind und die Belastungsverteilung des Außendrucks im Sinne einer Senkung der Maximalspannung unter die höchstzulässige Grenze ändern.

Da die zwischen den einander gegenüberliegenden, den Vorder- und Rückteil des Gehäuses bildenden Wänden liegenden Seitenwänden des Gehäuses der Erfindung schräge, nach außen aufeinander zulaufende und miteinander verbundene Wandteile aufweisen, deren Enden zueinander in einer senkrecht zu wenigstens der Vorder- oder Rückwand liegenden Ebene versetzt angeordnet sind, wird im Vergleich zu den bekannten Gehäusen

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mit rechtwinkligen Wänden die Maximarbelastung ganz erheblich herabgesetzt.

Die weitere Erläuterung erfolgt an Hand der Zeichnungen.

Die Figur 1 zeigt schematisch einen Teil eines bekannten Gehäuses für flache Bildanzeiger oder solare Kollektoren mit rechtwinkligen Wänden, und deren Verformung bei Anlegen eines Vakuums oder Teilvakuums.

Die Figur 2 erläutert schematisch die Belastungsverhältnisae, und die Figur 3 den Angriff des Außendrucks, in dem bekannten Gehäuse nach Figur 1.

Die Figur 4 erläutert schematisch die Außendruckkräfte und Gegenkräfte in einem Vakuum- oder Teilvakuumgehäuse der Erfindung mit nach außen zulaufenden schrägen Seitenwänden.

Die Figuren 5-9 zeigen schematisch und in Teilansicht verschiedene Ausgestaltungen der Schrägwände des Gehäuses der Erfindung.

Die Figuren 10 und 11 zeigen Schrägwände mit geraden und kcntourierten Wänden in schaubildartiger Erläuterung.

Die Figur 12 erläutert als Schaubild die Belastungsverteilung in Gehäusen mit Schrägwänden gemäß der Erfindung.

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Das übliche Gehäuse 10 für eine flache Bildanzeigevorrichtung oder einen Sonnenkollektor enthält gemäß Figuren 1-3 eine senkrechte Seitenwand 12, verbunden mit einer Glastafel 14, z.B. die Bildschirmplatte, oder auch die Rückplatte, für die entsprechende Spannungsbelastungsverhältnisse gelten. Die Platten bzw. Wände 12, 14 sind z.B. durch eine Frittenabdichtung miteinander befestigt. In dem Gehäuse können Stützplatten vorgesehen sein. Wird das Gehäuse zwecks Herstellung eines Vakuums oder Teilvakuums ausgepumpt, so wirkt der äußere Atmosphärendruck auf die Seitenwände 12 und die Vorder- und Rückwand 14, 16 ein und drückt sie bis zu einer gewissen, in der Zeichnung, Figur 1, übertrieben stark, durch die gestrichelten Linien 12', 14' angedeuteten Verzerrung zusammen. Diese Verformungsbelastung konzentriert jicfr in der Nähe der Schnittpunkte der Wände 12, 14 und 16; wi-j die Figur 2 zeigt entsteht nahe der Schnittpunkte eine hohe Spannungsbelastung die in kurzer Entfernung hiervon rasch abnimmt und zu einer Kompressionsspannung wird.

Die Figuren 3 und 4 veranschaulichen die vom Außendruck ausgeübten Druckkräfte und resultierenden Spannungsmomente einmal für bekannte Gehäuse mit senkrechten Seitenwänden, und zum anderen für erfindungsgemäße Gehäuse mit seitlichen Schrägwänden. Infolge des auf die übliche, senkrechte Seitenwand durch die Pfeile F der Figur 3 angedeuteten Außendrucks ent-

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steht um den Punkt P. an der Verbindungsstelle der Platte und der Seitenwand 12 ein recht großes Kraftmoment Yi_Λ und

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infolgedessen eine große maximale Belastungskonzentration im Gehäuse 10, besonders da die von dem Vakuumgehäuse auf das Ende der Seitenwand 12 ausgeübte Kompressionskraft F unmittelbar durch die Ecke P.. geht und nicht die Summe der um diese liegenden Momente beeinflußt. Da nun aber das Gehäuse 20 der Figur 4 eine schräge Seitenwand 22 hat wird die durch einen äußeren Teil der Schrägwand wirkende Kompressionskraft F des ausgepumpten Gehäuses von der Ecke P₀ an der Verbindungsstelle der Schrägwand 22 und der Wand 14 hinweg um eine mit dem Pfeil A in Figur 4 gekennzeichnete Strecke verschoben. Es entsteht ein Kraftmoment um den Punkt Pp, welches der von der Atmosphäre senkrecht auf die Schrägwand 22 ausgeübten Kraft (Pfeil F) entgegenwirkt, und damit das Moment Mp und die Maximalbelastung im Gehäuse verringert.

Die Schrägwände bestehen vorzugsweise aus Glas oder Glaskeramik und können in verschiedener, in den Figuren 5-9 gezeigter Weise ausgestaltet sein. Die Schrägwand 24 nach Figur 5 ist einstückig und durchweg von gleicher Wandstärke. Ihre Seitenteile 26 sind von den gegenüberliegenden Tafeln oder Wänden 14, 16 zueinander geneigt, sodaß der äußerste Teil 28 der Schrägwand 24 zur Verbindungsstelle mit den gegenüberliegenden Wänden 14, 16 um den Abstand A versetzt ist.

In der Ausbildung der Figur 6 ist die ebenfalls einstückige Schrägwand 30 gebogen und nach der Mitte zu verjüngt. Auch

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hier sind die Wandteile 32 nach außen geneigt, sodaß der äußerste Schrägwandteil 34 zur Verbindungsstelle der Wandteile 32 mit den gegenüberliegenden Wänden H, 16 um den Abstand A versetzt liegt.

Ähnlich ausgebildet ist die Schrärwand 36 der Figur 7, jedoch ist sie aus mehreren gebogenen und verjüngten, schräg liegenden Stücken zusammengesetzt, die an der Stelle 40 zwischen den Wänden 14, 16 miteinander hermetisch verbunden sind, vorzugsweise z.B. mit einer halbflexiblen Glas - Metallabdichtung nach P 31 05 697.0. Auch hier ist der äußerste Schrägwandteil 42 zu der Verbindungsstelle der schrägen Wandteile mit den V/änden 14, 16 um die Strecke Λ versetzt. Anstelle der gezeigten zwei Wandteile können auch mehrere Wandteile vorgesehen und entsprechend verbimden md abgedichtet werden.

Die Schrägwand 44 der Figur 3 besteht aus zwei schrägen Teilen 46 und dazwischen und mit ihnen verbunden einem mittleren, senkrechten Teil 48, der zur Verbindiingsstelle mit den Wänden 14, 16 um den Abstand A versetzt ist.

Die Versetzungsabstände A werden senkrecht zu wenigstens einem Teil der gegenüberliegenden Wände liegenden Ebene gemessen, und zwar von einer in dieser Ebene durch die Wandstärkenmitte der Seitenwand an der Verbindungsstelle mit einer der Wände 14, 16, und einer in der gleichen Ebene liegenden und durch die Mitte des zu äußerst von der Gehäusemitte gelegenen Seitenwandteils führenden Geraden.

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Die Seitenwand 44 kann einstückig sein, oder wie im Falle der Figur 7 aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt und hermetisch abgedichtet werden.

Die Figur 9 zeigt eine ähnlich der Schrägwand 24 ausgebildete, aber aus zwei gleichen Teilen 52 zusammengesetzte und bei 54 abgedichtete Schrägwand 50. Es können auch Schrägwände aus mehreren, unter verschiedenen Winkeln zu einer senkrecht zu den gegenüberliegenden Wänden 14, 16 verlaufenden Geraden geneigten Wandteilen oder Segmenten zusammengesetzt werden.

Nach Art eines Schaubildes werden als Beispiel in den Figuren 10 und 11 eine Schrägwand mit gleichmäßigen schrägen Teilen, und eine kontourierte Schrägwand gezeigt.

Die gleichförmige Schrägwand 56 der Figur 10 ist bis zu der Symmetrieachse in durchgehender, ab dieser in gestrichelter linie dargestellt. Die innere Wandfläche 58 wird durch die mathematische Funktion 3/8 Y, die äußere Wandfläche 60 durch die Funktion 3/8 Y + 0,267 bestimmt. In der kontourierten Schrägwand 62 nach Figur 11 ist wiederum der Wandteil bis zur Symmetrieachse mit durchgehender Linie, ab dieser gestrichelt dargestellt. Die innere Wandfläche 64 wird durch die Funktion 1/8 X + 3/16 P]-Cos ((Y/2) ¹^²JT) und die äußere Wandfläche 66 durch die Funktion 1/8 Y + 0,5 dargestellt. Anstelle symmetrischer Anordnung können die Wandteile auch asymmetrisch angeordnet sein (zu den gegenüberliegenden Wänden 14» 16), jedoch

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soll zwecks Vermeidung unerwünschter Belastungskonzentrationen die Asymmetrie nicht mehr als etwa 30 % des Abstandes zwischen den gegenüberliegenden Wänden 14, 16 betragen.

In der Figur 9 bezeichnen die Pfeile B den Versetzungswinkel der schrägen Seitenwandteile zu einer senkrecht zu wenigstens einem Teil einer der Wände 14, 16 liegenden, senkrechten Ebene. Dieser Versetzungswinkel sollte etwa zwischen 1 und 60 liegen. Bei Annäherung an Null entstünde praktisch die bekannte rechtwinklige Gehäuseausbildung. Bei wesentlich über 60° liegenden Winkeln wird die Zugspannungsbelastung auf der Innenseite der Seitenwandteile allzu hoch, und die Seitenwände könnten zerbrechen oder zusammenfallen. Günstige Bedingungen entstehen beispielsweise im Falle einer Ausbildung nach Figur 9 aus 1,27 mm dicken, und 10 cm hohen Wänden aus Natronkalkgläsern bei Versetzungswinkeln zwischen etwa 27° und 37°, wobei 30 bevorzugt werden.

Die Pfeile G bezeichnen den Abstand zwischen den gegenüberliegenden Wänden 14, 16. Er beträgt z.B. 0,05 mm. bis etwa 30 cm. Bei der unteren Grenze besteht zwischen den beiden Wänden bloß eine Abdichtung. Über der oberen Grenze würde das die hohen Drücke aushaltende Glas allzu dick und unhandlich ausgeführt werden müssen. Die Dicke der Vorder- und Rückwände 14, 16, D, D^! muß nicht unbedingt gleich sein. In Frage kommen hier etwa, wie auch für die Schrägwanddicke E, (vorzugsweise aus Glas und durch Fritten abgedichtet) Dicken von etwa 0,25 12 mm. Wände mit geringerer als der untersten Dicke wären nicht

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hinreichend druckfest, während "bei Überschreiten der oberen Grenze sehr schwere und unhandliche Gehäuse entstehen wurden. Obwohl in der Zeichnung die schrägen Wandteile mit den gegenüberliegenden Wänden 14, 16 innen von ihrer Peripherie verbunden sind, können sie auch an den Kanten verbunden werden, solange die Betriebsbedingungen stimmen.

Zwischen etwaigen Stützplatten 19 und der benachbarten Wand kann je nach der Verwendung ein Abstand G von ca. O - 0,5 im bestehen. Der Versetzungsabstand A sollte nicht größer als der Abstand C zwischen den gegenüberliegenden Wänden 14, 16 betragen, weil sonst die Stabilität des Gehäuses leidet.

Anhand eines Beispiels von Glasplatten aus Hatronkalkglas einer Dicke von 0,64 cm und Kontouren der Schrägwände entsprechend den zu Figuren 10 und 11 erläuterten Punktionen erläutert das Schaubild der Figur 12 maximale Belastungshöhen und Bautole-ranzen verschiedener Bauformen. Die waagerechte gestrichelte Linie 68 bezeichnet die üblicherweise annehmbare maximale Belastungsgrenze für Natronkalkglas von etwa 7,7 N/mm , während die Waagerechte den Abstand G gemäß Figur 9 bezeichnet. Die obere Kennlinie 70 bezeichnet die Belastung in einem bekannten

Gehäuse mit senkrechten Seitenwänden von etwa 9,8 - 14 K/mm , also erheblich über der oben angegebenen Höchstmenge. Die mittlere Kennlinie 72 bezeichnet die Belastung in einem nach Figur 6 ausgebildeten Gehäuse der Erfindung mit 7/16 inch =

11 mm versetzungsabstand A; sie reicht von 7,35 - 7 W/mm ,

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bleibt also unterhalb der Sicherheitsgrenze. Die untere Kennlinie 74 bezeichnet ein Gehäuse entsprechend der Figur 5, mit

einem Versetzungsabstand A von 1,9 cm und einer Belastungshöhe von 4,725 - 7,175 N/mm², also ι
oben angegebenen Sicherheitsgrenze.

höhe von 4,725 - 7,175 N/mm , also ebenfalls innerhalb der

Erfindungsgemäß lassen sich also die Maximalbelastungen in Vakuumgehäusen für Flachbildanzeigevorrichtungen oder solare Kollektoren ganz erheblich herabsetzen. Von den beispielsweise gezeigten Ausbildungen'hat jede zusätzlich besondere Vorzüge. So sind die Gehäuse mit gleichförmig ausgebildeten Schrägwänden leichter herzustellen, während beim Zusammenbau von Gehäusen mit kontourierten Schrägwänden die Toleranzen großzügiger gehandhabt werden können.

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Claims

Patentansprüche _n „ »_ «

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I₅/Vakuum- oder Teilvakuumgehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen eine Vorder- und eine Rückwand bildenden Wänden liegenden Seitenwände schräg ausgebildet sind und die Belastungsverteilung des Außendrucks im Sinne einer Senkung der Maximalspannung unter die höchstzulässige Grenze ändern.
2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände aus Glas oder Glaskeramik bestehen und hermetisch abgedichtet sind.
3. Gehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorder- und Rückwand mit den Seitenwänden durch Eritstoffe abgedichtet sind.
4. Gehäuse nach Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die schrägen Seitenwände jeweils aus zwei oder mehreren Wandteilen bestehen, von denen eines am einen Ende an einer der gegenüberliegenden Wände (Vorder- oder Rückwand) und am anderen Ende ein weiteres Wandte.il befestigt ist und zwei der Letzteren schräg aufeiiiander zulaufen, wobei der äußerste Teil der Schrägwand in einer senkrecht zu mindestens einem Teil der gegenüber": legenden Wände liegenden Ebene zu einer in dieser Ebene liegenden und durch die Verbindungsstellen -lev erstgenannten Wandt eile mit den gegenüberliegenden

Wänden

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(Vorder- bzw. Rückwand) gehenden Geraden versetzt ist.
5. Gehäuse nach Ansprüchen 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägwand bzw. die Wandteile der Schrägwand die gleiche Dicke aufweisen und von der Mitte des Gehäuses nach außen zu schräg aufeinander zulaufen.
6. Gehäuse nach Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Schrägwand kontouriert mit unterschiedlicher Wanddicke ausgebildet ist.
7. Gehäuse nach Ansprüchen 1-5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägwand aus zwei schrägliegender Wandteilen und einem diese verbindenden, mittleren geraden, bzw. zur Verlängerung der Vorder- und Rückwand parallelen Wandteile besteht.
8. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gegebenenfalls aus mehreren Wandteilen bestehende Schrägwand einstückig ist.
9. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die gegebenenfalls aus mehreren Wandteilen bestehende Schrägwand aus getrennten Wandstücken zusammengesetzt -und hermetisch abgedichtet ist.

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10. Gehäuse nach Ansprüchen 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägwandteile symmetrisch oder asymmetrisch zu einer den Abstand zwischen Vorder- und Rückwand mittig teilenden Ebene angeordnet sind.

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