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Verfahren zum Verschmelzen von Kupferteilen mit Glas In der Technik,
besonders heim Bau von elektrischen I:ntladtingsröliren und Glühlampen, verwendet
inan häufig Kupferteile, die mit der Glaswand von Gefäßen vakuuni- und gasdicht
verschmolzen werden. Iin allgemeinen benutzt man Kupferringe, die mit einer dünn
ausgezogenen und angescliürften Kante in das Glas eingebettet werden, oder nian
verwendet z. B. so dünnwandige Ktipfei-rolire, claß sie nach dem Verschmelzen mit
dein Glas in ihrer Ausdehnung diesem folgen, ohne #i sich aliztilösen. In allen
diesen Fällen pflegt man die Verschmelzung des Glases finit dem Kupfer durch Flammen
vorzunehmen.
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1:s sind zwar auch Verfahren bekannt, die I?ri hitzung des Glases
elektrisch, z. B. durch Hochfreqtienzinduktionülieizting, vorzunehmen. Dieses Verfahren
hat aber den Nachteil, daß dafür sehr kostspielige Einrichtungen erforderlich sind,
und daß es sich nicht beliebigen Formen schnell und einfach anpassen läßt. Die Verschmelzung
mittels Gasflammen bleibt daher auch heute das billigste und am meisten angeNvendete
Verfahren.
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Leider traten hierbei bisher häufig schwer beherrschbare Schwierigkeiten
auf, deren Ursache bisher nicht richtig erkannt wurde. Die Ausführung des Verfahrens
war an eine gewisse Handwerkliche Geschicklichkeit gebunden, die nur von bestimmten
Personen einigermaßen beherrscht wurde. Selbst bei der Ausübung durch diese erfahrenen
Fachkräfte traten aber von Zeit zu Zeit Störungen auf, die unerklärlich schienen.
Bei Anwendung feiner Schneiden zeigte sich, daß das Kupfer nach dem Verschmelzen,
besonders aber bei nachfolgender mechanischer und thermischer Beanspruchung, nicht
vakuumdicht war. Die Undichtigkeiten waren äußerst fein und folgten vorwiegend den
Kristallkorngrenzen.
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plan hat dcslialb schon seit langem dein Kupfer Zusätze beigemengt,
die eine feinere Kristallstruktur herbeiführen sollten, z. B. Mangan. Hiermit
war
aber in jedem Falle eine Erhöhung der Fließgrenze des Kupfers verbunden, so daß
bei der Verschmelzung mit Glas größere Spannungen auftraten. Man erhielt, zumal
auch meist die Bindungsfestigkeit zwischen Metall und Glas durch die Zusätze verschlechtert
wurde, Undichtigkeiten an dieser Grenzschicht. Eine Vergrößerung des Schneidenwinkels,
durch die man eine größere Kupferstärke und damit eine bessere Dichtigkeit an der
Grenze der Glasbenetzung erreichen wollte, führte zu größerer Unsicherheit in der
Haltbarkeit der Verschmelzung. Zwischen den verschiedenen Maßnahmen bestand im allgemeinen
ein gewisser Spielraum, der bei eingearbeiteten Kräften und gleichmäßiger Qualität
des angelieferten Metalls eine Fabrikation ermöglichte. Bei schwankender Qualität
des Kupfers wurde jedoch die Fabrikation mit einem außerordentlichen Risiko belastet.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die
geschilderten Schwierigkeiten darauf beruhen, daß bisher stets die Verschmelzung
mittels wasserstoffhaltiger Flammen vorgenommen wurde. Es ist dabei unvermeidlich,
daß das während des Schmelzens des Glases hoch erhitzte Kupfer mit Teilen der Flamme
in Berührung kommt, die einen gewissen Gehalt an unverbranntem Wasserstoff besitzen.
Es ist bekannt, daß Wasserstoff bei seiner Einwirkung auf glühendes Kupfer in diesem
die sogenannte `Vasserstoffkrankheit hervorruft, das ist eine Auflockerung des Gefüges
durch die reduzierende Wirkung des diffundierenden Wasserstoffs auf im Kupfer eingeschlossene
Kupferoxydteilchen. Es ist leicht einzusehen, daß der Grad der Schädigung des Kupfers
von der Flammenführung durch den Glasbläser wesentlich beeinflußt wird. Ferner waren
der Gehalt des Kupfers an Kupferoxyd und dessen Verteilung, die Kristallstruktur
des Kupfers und sein Gehalt an Legierungssätzen und Verunreinigungen sowie der Gehalt
des verwendeten Gases an Wasserstoff und die Einstellung der Flamme von Einfluß.
Alle diese Faktoren können schwer beherrscht werden, so daß dadurch die oben geschilderten
Schwankungen zu erklären sind.
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Nach der Erfindung wird deshalb ein Gas verwendet, das nur so wenig
Wasserstoff enthält, elaß praktisch keine Wasserstoffdiffusion im Kupfer mehr auftritt.
Hierdurch werden sämtliche Schwanl#aingen beseitigt, und es ergibt sich ein großer
Spielraum in der Walil der Bedingungen. Die Legierungszusätze zum Kupfer können
entfallen, da die besonders in den Korngrenzen fortschreitende Wasserstoffauflocikerung
fortfällt. Es ist deshalb möglich, die Kupferschneide wesentlich dicker zti wählen,
weil die Fließgrenze sehr niedrig gehalten werden kann. Da überdies das Gefüge vollkoniuien
gesund bleibt, kann man eine größere Tragfähigkeit des Kupfer; erreichen. Sämtliche
bisher versuchten Behandlungsmethoden der Oberfläche wie Vernickeln, Versilbern,
Emaillieren usw. können erspart werden. Für den Glasbläser ergibt sich eine vollkommene
Freiheit in der Wahl der Flammeneinstellung, die so gewählt werden kann, wie es
für den Arbeitsprozeß am günstigsten ist. .Das einzige praktisch in Frage kommende
Gas, welches völlig frei von \\'asserstoff ist, ist Kohlenoxyd. Es ist billig und
leicht herzustellen und genügt im allgemeinen allen Anforderungen. Seine Nachteile
sind relativ niedriger Heizwert und Giftigkeit bei gleichzeitiger Geruchlosigkeit.
Ersterer kann gesteigert -,werden durch Beimischung eines vorzugsweise stark kohlenstoffhaltigen
Gases mit sehr hohem Heizwert, z. B. Benzoldampf oder Acetylen. Im allgemeinen kann
man zufriedenstellend arbeiten, wenn der Anteil an Wasserstoff unter zwei Gewichtsprozent
des verwendeten Gases bleibt. Hieraus kann man die zulässige Höhe der Beimengungen
errechnen. Uni zu vermeiden, daß unbeachtet ausströmendes Gas zu Vergiftungen führt,
ist es zweckmäßig, diesem einen ganz geringen Zusatz eines Gases beizumengen, welches
einen sehr ausgeprägten Geruch besitzt.
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Es ist noch darauf hinzuweisen, daß die schädliche Wirkung keineswegs
nur durch den im Gas ursprünglich vorhandenen :liiteil elementaren Wasserstoffs
liervorgerufcn wird, sondern auch durch alle `Vasserstoftverbindungen. In der Hitze
der Flamme finden stets chemische Umsetzungen statt, die freien Wasserstoff erzeugen.
Da es auf den Prozentgehalt dieses im chemischen Gleichgewicht vorhandenen Wasserstoffs
ankommt, ist es nicht gleichgültig, auf welche Weise inan ein Gas mit maximal 2'10
Wasserstoffanteil zusammensetzt. So würde z. B. bei Verwendung eines Kohlenwasserstoffs
neben elementarem Kohlenstoff in der Flammenhitze ziemlich viel `Wasserstoff entstehen.
Dagegen kann z. ß. dem Kohlenoxyd eine gewisse Menge Kohlenwasserstoffgas, insbesondere
wenn dieses hoch kohlenstofllialtig ist,, heigeinisclit werden, da der `Vasserstoffgehalt
in diesem Falle hauptsächlich in Wasserdampf übergeführt wird, welcher keine schädlich;
Wirkung hat.