DE424187C - Verfahren zur Abdichtung von zwei aufeinanderliegenden Metallflaechen - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur vakuum- und druckdichten Verbindung von Metallflächen, welches insbesondere zur vakuumdichten Einführung isolierter Elektroden in Metallgefäße, besonders für Quecksilbergleichrichter, Kathodenröhren u. dgl., Anwendung finden kann. Die Anwendbarkeit der Erfindung ist aber nicht auf solche Fälle beschränkt, bei denen es sich um elektrische Isolierung handelt, sie kommt vielmehr auch dort in Betracht, wo Wärmeisolierung gefordert wird.

Gemäß der Erfindung wird die Verbindung der Metallflächen durch eine Glas- (Glasur-) Schicht bewirkt, die annähernd den gleichen Ausdehnungskoeffizienten besitzt wie das Metall, wobei das Haften der Metallflächen am Glas durch Zusammenpressen bei der Erweichungstemperatur des Glases erzielt wird. Bei der praktischen Ausführung verfährt man zweckmäßig so, daß man die eine oder beide Flächen mit einer Glasur (Emaille) überzieht, deren Ausdehnungskoeffizient annähernd der gleiche ist wie der des Metalls, a5 sie dann mit dem Glasurüberzug aufeinanderlegt und diesen zweckmäßig unter gleichzeitigem Zusammenpressen durch Erwärmung erweicht. So kann man z. B. zwei Eisenplättchen C, C (Abb. 1) mit einem Glasurüberzug versehen und mit den Glasurschichten D, D aufeinandergelegt in einem Ofen unter einem Druck, der mehrere Kilogramm auf den Quadratzentimeter betragen kann, auf 400 bis 6oo° erwärmen und dadurch miteinander verbinden. Temperatur und Druck wechseln je nach der Art der verwendeten Glasur. Wesentlich ist, daß die Glasuren völlig zusammenfließen, ohne zwischen den Metallflächen zu sehr herausgedrückt zu werden. Ebenso wie Eisen und Stahl kann man auf diese Weise auch Kupfer, Stahllegierungen usw. miteinander verbinden. Bei Stücken aus Wolfram, Molybdän usw. überzieht man die Oberfläche der Platte, der Halbkugel, des Zylinders, Kegels usw. mit schwer schmelzbarem Glas (ζ. B. Pyrex) von entsprechendem Ausdehnungskoeffizienten; die Erweichungstemperatur muß dabei auf 600 bis 8oo° .gesteigert werden. Statt der Erwärmung in einem Ofen kann man auch eine Erhitzung 5" durch Induktion mit Hochfrequenzströmen vornehmen.

In solchen Fällen, wo die beiden Metalloberflächen vakuumdicht gegen Hochspannung isoliert sein sollen, wird unter Umständen die durch das Zusammenfließen der beiden Glasurschichten erzielte Isolierung nicht genügen, da die Dicke einer Emailleschicht auf Stahlblech ι bis 1,5 mm nicht wesentlich übersteigt. Man kann nun die Dicke der Glasurschicht dadurch erhöhen, daß man ein Glasoder Emailleplättchen M (Abb. 2) auf die Glasurschicht Z> auflegt und unter Druck damit verschweißt. Auf diese Weise kann man den Emailleüberzug jeder Platte auf eine Dicke von mehreren Millimetern bringen, ohne ihn zu zerbrechlich zu machen. Legt man dabei unter den Preßstempel, der die Glas- oder Emailleplatte auf die Glasurschicht aufdrücken soll, eine Glimmer- oder Asbestschicht, so haftet der Stempel nicht am Glas an. Man kann dann auf eine so mit einer verdickten Glasurschicht versehene Platte eine glasierte Platte unter Erwärmen aufpressen. Man kann das ganze Verfahren aber auch in einem Zuge ausführen, indem man zwischen zwei Platten mit einander zugekehrten Glasurschichten D eine Glasplatte M (Abb. 3) legt und sie unter Erwärmung zusammendrückt.

Für die meisten Anwendungsarten empfiehlt es sich, eine größere Anzahl von glasierten Metallstücken übereinanderzuschichtett und miteinander zu verbinden, wie dies in Abb. 4 dargestellt ist. Die Zahl der so miteinander vereinigten Stücke richtet sich ,nach der elektrischen Spannung zwischen den Endplatten. Auch bei diesem Verfahren kann man natürlich die Emailleschichten der einzelnen Stücke zuerst, wie oben beschrieben, verstärken.

Ein so aus einer größeren Anzahl Platten bestehender Block ist außerordentlich druckfest, besonders wenn unverdickte Glasurschichten verwendet wurden; denn das Glas findet an dem Metall ein gleichmäßiges Widerlager. Seine Stoßfestigkeit ist wesentlich höher als die eines Glasisolators von gleicher Isolierkraft. Sehr wichtig ist die vorzügliche Wärmeleitfähigkeit in der Richtung der Metallplatten,

ίο der eine sehr schlechte Wärmeleitfähigkeit senkrecht hierzu gegenübersteht.

Um bei sehr hohen Spannungen noch die Kriechwege auf der Oberfläche zu vergrößern, macht man die übereinandergeschichteten Stücke (z.B. Platten) abwechselnd länger und kurzer, wie dies z. B. Abb. 5 zeigt, oder schichtet Stücke von immer kleiner werdenden Abmessungen übereinander. Man kann aber auch die Kantenflächen des Stapels noch mit

ao einer Isolierschicht überziehen.

Die auf diese Weise erhaltenen, aus zwei oder mehreren Stücken bestehenden Blöcke oder Dichtungskörper werden insbesondere mit Vorteil zur Einführung von Elektroden in Metallgefäße verwendet.

Beispielsweise kann die Einführung der Anode B (Abb. 6) in das Eisengefäß A eines Quecksilberdampfgleichrichters auf zweierlei Weise erfolgen. Man kann von der Verwendung von Flanschendichtungen, Verschraubungen usw. ganz absehen und erhält eine vorzügliche dauernde Abdichtung auf folgende Weise:

Der Deckel des Gefäßes wird mit einer GlasurschichtN überzogen; die Elektrode trägt eine auf ihrer Unterfiäche glasierte Platte E. Zwischen dieser und dem Deckel des Gefäßes wird ein Dichtungsblock D-C der oben beschriebenen Art eingelegt und das Ganze nun unter Druck bis zur Erweichungstemperatur der Glasurschichten erhitzt. Auf diese Weise erhält man eine Dichtung ohne irgendwelche mechanische, sich unter Umständen lösende Befestigungsmittel, welche in der Querrichtung die Wärme gut leitet und infolgedessen eine viel bessere Wärmeableitung von der Elektrode gewährleistet, als gewöhn- i liehe Porzellanisolatoren. Infolgedessen ist ^! die Temperatur der Dichtung der Elektrode und des Gefäßhalses annähernd die gleiche, und da auch der Ausdehnungskoeffizient der Dichtung annähernd derselbe ist wie bei der Elektrode und dem Gefäß, entstehen keine Schwierigkeiten infolge von ungleicher Ausdehnung, wie sie bei der Verwendung von Porzellanisolatoren mit Druckfianschen durch Bruch des Isolators, Losewerden der Schrauben usw. auftreten können.

Eine andere Ausführungsform dieser Art ist in Abb. 7 veranschaulicht, wo A wieder der Deckel des Stahlgefäßes ist, der in diesem Fall nicht glasiert wird. Auf den Hals des Deckels wird bei / eine durchbrochene Stahlkappe// aufgesetzt, die oben eine ringförmige Glasurauflage D erhält. Auf diese wird wieder ein Block C-D aufgelegt. Über diesem erhebt sich die Stahlstütze G, welche auf der unteren Seite mit einer Glasurschicht D versehen ist und die Einführungselektrode B stützt. Durch Druck und Erwärmung wird der Block C-D mit der Kappe H und der Stütze G verschmolzen und die Kappe H dann bei / an den Hals des Deckels H angelötet oder autogen angeschweißt. Auch die Einführungselektrode B wird mit der Stütze G bei / verschweißt oder verlötet.

Anderseits kann man die Elektrode in dem Gefäß auch mit Hilfe von Flanschendichtungen und mechanischem Preßdruck abdichten und dabei doch gegenüber den bisher verwendeten Porzellanisolatoren die Vorteile gleichförmiger Ausdehnung und guter Wärmeableitung genießen. Während die erstbeschriebene Art der Abdichtung die einfachere ist, bietet die letzterwähnte die Möglichkeit leichten Auseinandernehmens der Teile, was bei großen Apparaten wichtig sein kann. Die Druckfestigkeit der neuen Abdichtung ist außerordentlich groß, und man kann infolgedessen die Flanschendichtungen aus Blei, Aluminium usw., wenn solche verwendet werden, so stark anpressen, als dies zur Erzielung der Abdichtung erforderlich ist. Dies ist sogar noch bei Dichtungsblöcken von so geringer Dicke (z. B. 5 bis 6 mm) möglich, bei der Porzel- 95· lan zu Pulver zerdrückt werden würde.

Zur Abdichtung mittels Flanschendichtungen kann man alle bisher für diese Zwecke verwendeten Ausführungsformen benutzen. Eine davon zeigt z. B. Abb. 8. Hier ist F die Anode, K. das Gefäß. Die Anode ist wieder durch einen Ringblock C mit Glasurzwischenschichten D hindurchgeführt. Eine Druckschraube L zieht mittels des Gewindebolzens O die Anode F gegen den Block C-D. P sind Unterlagsscheiben, R ist ein Druckflansch, der mittels Schraubenbolzen 5 und Schrauben T die Dichtungsplatte C-D auf den Hals des Gefäßes K. aufdrückt, wobei wieder Unterlagsscheiben U vorgesehen sein können. V und W sind Isolierrohre, die den Dichtungsblock C-D gegen die Mittelteile innen und außen isolieren. Alle bekannten Mittel zur Erzielung vollkommener Dichtung mittels unter Druck stehender Isolatoren (plastische Unterlagen, gewellte Berührungsflächen usw.) können auch hier Verwendung finden. Für die Dichtungsblöcke kommen außer Eisen und Stahl insbesondere auch Kupfer, Eisennickel, Wolfram und Molybdän in Betracht, bei letzteren besteht der Emailleüberzug aus schwerschmelzbarem Glas.

Dichtungen aus mit schwer schmelzbarer Glasur überzogenem Wolfram eignen sich besonders zur Abdichtung von Elektroden, die mit hochgespannten Strömen gespeist werden. Da die schwer schmelzbare Glasur höhere elektrische Isolierfähigkeit besitzt, als die gewöhnlichen Eisenemaillen und die in die Röhren eingeführten Stromstärken verhältnismäßig klein sind, genügen hier kleine WoIframringe. Die Zusammenschmelzung der Stücke erfolgt zweckmäßig in einem Gas- oder elektrischen Ofen oder durch Induktionserhitzung mit Hochfrequenzströmen.

Wie schon eingangs erwähnt, kann man solche Dichtungen auch dort verwenden, wo nicht elektrische, sondern Wärmeisolation verlangt wird, z. B. bei metallischen Thermosflaschen, bei denen eine Dichtung gemäß der Erfindung zwischen den Innen- und Außenwänden eingelegt werden kann, deren Zwischenraum evakuiert ist. Ebenso können diese Dichtungen bei metallischen Diffusionspumpen zwischen dem Teil, wo das Quecksilber erhitzt wird und dem Teil eingefügt werden, wo der Quecksilberdampf sich verdichtet. Man kann die Dichtung aber auch da verwenden, wo es auf Isolation überhaupt nicht ankommt, z. B. bei Quecksilberdampfgleichrichtern zwischen dem Gleichrichter und der Pumpe oder zwischen dem Deckel, der alle Anoden trägt, und dem Zylinder. Die Flansche des Deckels und des Zylinders werden dann wieder mit einem Glasurüberzug

■ versehen und auf die Erweichungstemperatur desselben unter Druck erwärmt.

Selbstverständlich läßt sich die neue Dichtungsmethode auch zur Abdichtung gegen inneren Überdruck ausnutzen.

Claims (11)

Patent-Ansprüche:

1. Verfahren zur Abdichtung von zwei aufeinanderliegenden Metallflächen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Glasschicht von annähernd gleichem Ausdehnungskoeffizienten wie das Metall zwischen die beiden Flächen gebracht wird und daß sodann die Metallstücke mit der dazwischenliegenden Glasschicht auf die Erweichungstemperatur des Glases erhitzt und durch Druck vereinigt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man auf eine glasierte Metallfläche eine unglasierte oder eine gleichfalls glasierte bei der Erweichungstemperatur der Glasur aufpreßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 zur Verbindung einer Metallfläche mit einem Glaskörper von annähernd dem gleichen Ausdehnungskoeffizienten, dadurch gekennzeichnet, daß man die Metallfläche mit einem Überzug aus dem gleichen oder einem ähnlichen Glasfluß überzieht, sodann das glasierte Metall und Glas aufeinanderlegt und unter Zusammenpressen auf die Erweichungstemperatur des Glasflusses erwärmt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man eine größere Anzahl von glasierten Metallstücken übereinanderschichtet und unter Zusammenpressen und Erwärmung auf die Erweichungstemperatur der Glasur zu einem Block vereinigt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Glasurüberzug eines Metallstücks eine Glasplatte unter Erwärmen aufgepreßt wird, um die Glasurschicht zu verdicken, bevor dieses Metallstück mit einem anderen Metallstück mit oder ohne dünnere Glasurschicht vereinigt wird.

6. Dichtungsblock, insbesondere für elektrisch oder thermisch abzudichtende Vakuum- oder Druckgefäße, gekennzeichnet durch mindestens zwei durch eine Glasurzwischenlage miteinander vereinigte Metalistücke.

7. Dichtungsblock nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallstücke verschieden groß sind.

8. Dichtungsblock nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer größeren Anzahl von Metallstücken mit Glasurzwischenschichten besteht und daß die Metallstücke abwechselnd schmal und breit sind.

9. Elektrodeneinführung in evakuierte Metallgefäße, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der Elektrode verbundenes Metallstück mit dem Gefäßdeckel oder Hals too unter Zwischenfügung einer Glasurschicht durch Erwärmung auf die Erweichungstemperatur der Glasur unter Druck vereinigt ist.

10. Elektrodeneinführung nach Ansprach 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Metallstück und Gefäß ein Dichtungsblock nach Anspruch 6 eingefügt ist.

11. Elektrodeneinführung mit Flanschendichtung, dadurch gekennzeichnet, daß zwisehen dem Behälter und einem durch Schraubenbolzen aufgepreßten Druckflansch ein Dichtungsblock nach Anspruch 6 eingefügt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.