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Verfahren zur luftdichten Vereinigung des metallischen Kolbens und
des metallischen Füßchens von elektrischen Entladungsröhren Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur luftdichten Vereinigung des Kolbens von Metallkolbenentladungsröhren
mit derfz Füßchen, welches zumindest an seinen dem Kolben anliegenden Stellen aus
Metall besteht.
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Bei den bisher bekannten Metallkolbenröhren wurden die Metallfüßchen
mittels Schweißung mit Hilfe von besonders konstruierten Hochleistungswiderstandsschweißmaschinen
an der in einer zur Röhrenachse senkrechten Ebene liegenden Krempe des Kolbens befestigt.
Das Verfahren hat außer dem wirtschaftlichen Nachteil, daß die Anschaffungskosten
für solche Schweißmaschinen sehe hoch sind und daß das diese. Maschinen speisende
Netz durch sie periodisch stoßweise stark belastet wird, den technischen Nachteil,
daß der Kolben und das Füßchen aus solchen Metallen oder Legierungen angefertigt
werden müssen, die miteinander verschweißbar sind. Man kann ihre Wandstärke, um
den Erfordernissen des Schweißvorganges gerecht zu werden, nicht unter ein gewisses
Maß senken. Schließlich kann das bei der sehr hohen Schweißtemperatur häufig auseinanderspritzende
Material das Elektrodensystem der Röhre beschädigen und z. B. Isolationsschäden
verursachen.
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Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und beruht
auf der Erkenntnis, daß die zu vereinigenden Metallteile auch durch entsprechend
rasches Eintauchen ihrer entsprechenden Teile in ein aus geschmolzenem Metall bestehendes
Bad erhitzt werden können, also durch Anwendung des an sich bekannten Tauchlötens,
wenn man dafür sorgt, däß durch die hohe Temperatur des Bades weder die Isolatoren
des Füßchens,
durch welche die Stromzuführungen gehen, noch andere
Teile der Röhre, an welchen die plötzlich und ungleichmäßig auftretende Erhitzung
durch das Bad Schaden anrichtefi-; könnte, beschädigt werden.
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Dementsprechend besteht die Erfindung in -
einem Verfahren,
das dadurch gekennzeichnetist, daß die zu vereinigenden Teile des ineinandergefügten
Kolbens und Füßchens gemeinsam in ein aus geschmolzenem Metall oder Legierung bestehendes
Bad, dessen Schmelzpunkt höher als 5oo° C ist, eingetaucht werden, wobei zumindest
einer dieser Teile während und/oder nach dem Tauchen gekühlt wird, und daß zumindest
in einem der zu vereinigenden Bestandteile während des Tauchens ein Temperaturabfall
hervorgerufen wird, der größer ist als aoo° C/mm.
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Zur Durchführung des Verfahrens wird der untere Teil des Kolbens und
die Krempe . des Füßchens so, z. B. zylinder- oder kegeltnantelförmig, gestaltet
und so bemessen, daß diese ineinandergesetzt werden können und ihre Flächen miteinander
praktisch parallel und die zwei Bestandteile zusammengefügt voneinander bloß um
einen Bruchteil eines Millimeters entfernt sind.' Schiebt man das Füßchen in den
derart ausgestalteten Kolben und taucht man die beiden gemeinsam in das Bad, so
zieht sich das flüssige Metall des letzteren zufolge der kapillaren Kraft zwischen
die beiden Krempen, wobei die beiden Krempen durch das heiße Bad auf die nötige
Temperatur erhitzt werden, so daß nach Herausheben der Röhre aus dem Bad das zwischen
den beiden Bestandteilen befindliche den Raum ausfüllende Metall, welches nicht
unbedingt mit dem Metall des Bades gleich zu sein braucht, abkühlt, erstarrt und
den Kolben mit dem Füßchen luftdicht und auch mechanisch fest verbindet. Zum Schutz
gegen die hohe Badtemperatur ist es zweckmäßig, wenn man zumindest das Füßchen,
unter Umständen sogar auch den Kolben schon während des Tauchens abkühlt, so daß
man- sie z. B. auf einem mit Wasser gekühlten Gestell anbringt oder mit einem mit
Wasser gekühlten Mantel umgibt. Man kann jedoch von dieser Art der Kühlung, besonders
bei aus dünnem Werkstoff angefertigten Füßchen und beim rasch erfolgenden Tauchen,
Abstand nehmen, wenn man die Röhre nach dem Tauchen sofort stark, z. B. mit kaltem
Luftstrom, durch Wasserbesprühung oder durch ein Ölbad, abkühlt. In beiden Fällen
ist es vorteilhaft, die Abmessungen der zu vereinigenden Bestandteile mit Geschwindigkeit,
Tiefe und Dauer des Tauchvorganges wie auch mit der Badtemperatur derart in Einklang
zu bringen, daß zumindest bei einem der Bestandteile während des Tauchens bzw. der
Zusammenfügung eiri höherer maximaler Temperaturabfall als aoo° C pro Millimeter
eintritt, was z. B. bei dickwandigen Füßchen bzw. Kolben :schon durch vorherige
und währenddes Tauyrellens erfolgende- Kühlung, bei dünnwandigen =- Körpern hingegen
durch entsprechende Gefi schwindigkeit und kurze Dauer des Tauchens erreicht werden
kann, da doch das heiße Bad seine Wärme den eingetauchten Kolben- und Füßchenteilen
rasch übermittelt. Dieser Umstand ermöglicht auch jene Ausführungsart des Verfahrens,
nach welcher zwischen den miteinander zu befestigenden Teilen noch vor ihrer Zusammenfügung
ein Metall -von niedrigerem Schmelzpunkt als die Temperatur des Bades z. B. in Draht-
oder Plattenform Oder als ein die in Rede stehenden Teile deckender Überzug eingesetzt
wird, welchem durch die eingetauchten Kolben- und Füßchenteile die Temperatur des
Bades übertragen wird, so daß es schmilzt und der Kolben mit dem Füßchen durch dieses
Metall verlötet wird. Wird dieses Metall z. B. in Form einer Platte angewendet,
so kann man diese und gleich mit ihr das Füßchen durch ein geringes duetschen des
Kolbens im letzteren befestigen, doch erscheint eine derartige vorherige Verbindung
des Kolbens mit dem Füßchen auch in anderen Fällen zweckdienlich. In solchen Fällen
ist es vorteilhaft, den äußeren bzw. den inneren Teil des Kolbens und des Füßchens
mit Graphitfett oder mit einem anderen Stoff zu überziehen, damit aus dem Bad hoher
Temperatur nichts ausgefroren wird.
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Aus obigem ist ersichtlich, daß bei dem Verfahren solche Bäder angewendet
werden können, deren Schmelzpunkt niedriger, gleich hoch, ja sogar, wenn eine rasche
Wärmeübertragung erforderlich ist, höher ist als der Schmelzpunkt der zueinander
zu befestigenden Teile. So können als Badewerkstoffe z. B. Kupfer, Eisen, Nickel,
Silber usw. oder deren Legierungen dienen. Es kann daher die gemäß dem Verfahren
nach der Erfindung erfolgende Befestigung als Lötung, Hartlötung, sogar als eine
Art von Schweißung betrachtet werden. Ist der Werkstoff des Bades und( oder des
zwischen den zu befestigenden Teilen angeordneten zu schmelzenden Metalls oder der
Werkstoff der Kolbenbestandteile leicht oxydierbar und/oder werden Bäder von sehr
hoher Temperatur angewendet, so wird das Verfahren in an sich bekannter Weise in
reduzierender, z. B. in Wasserstoffatmosphäre ausgeführt. An Stelle derselben kann
aber auch an der Oberfläche des Bades ein Schlacke lösender oder auch ein anderer
entsprechender Reinigungs- oder Schutzwerkstoff, z, B. eine aus Borax bestehende
Schicht sein, welcher die aneinander zu befestigenden Flächen beim
Eintauchen
reinigt und/oder das Bad sauber erhält, damit das schmelzende Metall die aneinanderzufügenden
Flächen gut benetzt und auch nach Erstarrung eine tadellose Verbindung sichert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren soll in einer beispielsweisen Ausführungsform
an Hand der Zeichnung besprochen werden.
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Fig. i ist ein teilweiser axialer Längsschnitt der zur Ausführung
des Verfahrens dienenden Vorrichtung in verkleinertem -Maßstabe. -Fig.2 und 3 sind
Längsschnitte je eines' Metallröhrenkolbens in vergrößertem Maßstabe ohne Zuführungen,
Entlüftungsröhre und Elektrodensystem.
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Fig.4 und 5 sind stark vergrößerte Teilschnitte des Kolbens und des
Füßchens gemäß Fig. 2.
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Die Vorrichtung gemäß Fig. i ist in ihrer Tauchstellung dargestellt,
bei welcher die abwärts gerichteten Krempen des Kolbens 1" und des in denselben
eingesetzten Füßchens ib, welche der Übersichtlichkeit halber in der Figur ohne
Entlüftungsröhre, Zuführungen und Elektrodensystem dargestellt sind, zugleich in
das aus geschmolzenem Metall bestehende Bad 2, vyelches z. B. aus, Kupfer besteht,
eingetaucht werden. Dieses Bad befindet sich in dem aus feuerfestem Werkstoff bestehenden
ringförmigen Tiegel 3 und wird durch die mit dem elektrischen Widerstandsheizkörper
z. B. einer Molybdänbandspule 6 versehene Heizung des Tiegels in schmelzflüssigem-
Zustande erhalten. Das durch die zentrale öffnung des ringförmigen Tiegels geführte
bewegliche Gestell 4, auf dem das Füßchen ib aufliegt, kann mit durch das Rohr 5
strömendem Wasser gekühlt werden, und die doppelwandige Hülse io, welche sich an
den oberen Teil des Kolbens anschmiegt, wird ebenfalls durch Wasser gekühlt. Die
Wasserkühlung dieser oder eines dieser Teile kann jedoch, wie weiter oben bereits
erwähnt wurde, bei Zusammenfügung von dünnwandigem Kolben und/oder Füßchen auch-
durch Luftkühlung ersetzt oder -gar unterlassen werden. Ebenso kann man auch das
Gestell 4 weglassen, wenn der Kolben und das in diesem befestigte Füßchen durch
die Hülse io mit Hilfe von Federn oder Mitteln gehaltert werden. Der Heizkörper
6 ist mit dem Wärmeisolator 7 z. B. mit Aluminiumoxyd oder Schamotte umgeben, welches
in dem Mantel 7, angeordnet ist und von den Zuführungen des Heizkörpers durchsetzt
wird. Den Mantel 7a, welcher nicht unbedingt gasdicht sein muß, umgibt der
gasdichte Mantel 8". Der zwischen diesen liegende Raum 8 ist mit lockerem Wärmeisolierwerkstoff,
z. B. mit Asbest, ausgefüllt und wird darin mit Hilfe von durch die Röhre 9 hineingeführtem
Wasserstoff eine Wasserstoffatmosphäre aufrechterhalten. Im Innern des Ofens wird
ebenfalls eine strömende Wasserstoffatmosphäre aufrechterhalten, und zwar mit Hilfe
des durch das Rohr 14 eingeführten Wasserstoffes, welcher durch den Mantel 12 hauptsächlich
in die Ausführröhre 13 gelangt, in welche durch die Ejektorröhre ii Luft oder neutrales
Gas eingeblasen und hierdurch eine Saugwirkung hervorgerufen wird. Bei einer solchen
Anordnung flackert nämlich die Wasserstoffflamme, der man bei der Wasserstoff spülung
eines oben zu öffnenden Gefäßes nicht entgehen kann, nicht nach oben, vielmehr wird
sie durch die Röhre 13 ausgeblasen, ohne die zueinanderzufügenden Röhrenteile zu
beschädigen. Die Stromzuführungen des Heizkörpers 6 sind zweckmäßig in der aus der
Figur ersichtlichen Weise isoliert und gasdicht durch den aus einer Metallplatte
bestehenden Mantel 8Q hindurchgeführt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird mit dieser Vorrichtung z. B. so
ausgeführt, daß, nachdem das Gestell 4 über den Mantel 12" gehoben wurde, ein Füßchen
ib auf das Gestell gesetzt, sodann auf dieses zweckmäßig durch Federkraft der in
die Hülse io gesetzte Kolben i" däraufgedrückt und durch gleichzeitige Bewegung
der Werkzeuge 4 und io so weit gesenkt wird, bis ihre relativ zueinander entsprechend
liegenden abwärts gerichteten Krempen in erwünschter Tiefe in das Bad 2 tauchen,
ferner nach Ablauf einer für eine gute Verlötung nötigen Zeit wieder herausgehoben
und entfernt werden usw. Da's ganze Tauchverfahren erfolgt bei der Herstellung im
Laufe von Sekunden, wobei das Verweilen im Bade unter Umständen nur die Dauer einiger
zehntel Sekunden beanspruchen kann. Wird der Kolben und das Füßchen vor dem Tauchen
durch einen leichten Druck aneinander befestigt und verwendet man dünnwandige Kolben
und/oder Füßchen, so kann unter Umständen die Verwendung eines der Werkzeuge 4 und
io auch entfallen. Dieses Arbeitsverfahren ist besonders bei den Kol= ben- und Füßchenausführungen
gemäß Fig. 3 empfehlenswert, bei welcher der Kolben der Schulter i, (Fig. 2), welcher
das übermäßige Hineingleiten des in den Kolben gedrückten Füßchens hindern könnte,
entbehrt. Fig.4 zeigt schließlich, wie die ineinanderpassenden Flächen i7- der zusammenzufügenden
Krempen i5 des Kolbens i, und des Füßchens ib z. B. galvanisch mit einem Metallüberzug
16 versehen werden. - Zweckmäßigerweise ist der Schmelzpunkt des Überzugwerkstoffes
niedriger als der des Kolben- oder Füßchenwerkstoffes und kann unter Umständen aus
einem Metall oder einer Legierung, welche nicht
leicht oxydieren,
z. B. aus Kupfer oder aus Kupferlegierungen, bestehen. Nach erfolgtem Überziehen-
werden die Bestandteile einer Wärmebehandlung unterworfen, welche gegebenenfalls
das Tauchen selbst sein kann, wodurch erreicht wird, daß der Überzugwerkstoff in
die Werkstoffe des Kolbens und des Füßchens, welche in der Regel Eisenplatten sind,
an den Oberflächen 17 eindiffundiert und hierdurch eine sehr zuverlässige
Verbindung sichert. Der Überzug kann aber auch so stark aufgetragen sein, daß er
selbst in dem Bad schmelzend den Kolben und das Füßchen. als Lötwerkstoff 18 miteinander
verbindet (Fig. 5).
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Die Wirkung der reduzierenden Atmosphäre kann man z. B. durch Anwendung
einer an der Oberfläche des Bades :2 verwendeten schlackelösenden Schicht verbessern
oder ersetzen. Den besprochenen Wasserstoffflammeausbläser kann man mit beim Durchgang
der Werkzeuge ¢ und io sich von selbst öffnenden und schließenden gasdichten Türen
ergänzen und die Vorrichtung mit selbsttätigen Kolben- und Füßchenbeschickungseinrichtungen
versehen.