DE818383C

DE818383C - Fensterdichtung fuer Vakuumgefaesse

Info

Publication number: DE818383C
Application number: DEP36926A
Authority: DE
Inventors: Ernst Schwarz
Original assignee: Hilger and Watts Ltd
Current assignee: Hilger and Watts Ltd
Priority date: 1948-03-25
Filing date: 1949-03-17
Publication date: 1952-01-03
Also published as: GB652702A; US2604229A

Description

Ein in physikalischen Laboratorien und in der Industrie häufig auftretendes Problem ist die Befestigung einer Scheibe aus besonderem Material an einem Gefäß, das bis zu einem gewissen Grade zu evakuieren ist.

Beispiele solcher Gefäße sind die Gehäuse von Röntgenröhren und Entladungslampen sowie Apparate zur Erzeugung und Messung von infraroten Strahlen.

Hierbei kann der Hauptbestandteil des Gefäßes aus Metall oder Glas bestehen, jedoch muß das Fenster aus einem Werkstoff hergestellt sein, der die jeweilige spezielle Strahlung durchläßt. Im Falle der Apparate zur Übertragung infraroter Strahlen ist speziell als das geeignetste Material für die Fenster z. Zt. ein Alkalihalogenid, z. B. Steinsalz oder Bromkali, bekannt.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vakuumdichtung, die für jedes Scheibenmaterial, auch die zerbrechlichsten Stoffe der vorerwähnten Art, brauchbar ist. Nach dem bisher bekannten Verfahren wurde die Scheibe mit Hilfe eines Bindemittels mit niedrigem Dampfdruck abgedichtet, wie es z. B. das bekannte W-Wachs ist. Dieses Bindemittel schmilzt bei etwa 50⁰ C und ist bei 8o° ziemlich flüssig. Gefäß und Scheibe wurden infolgedessen auf 8o° erwärmt, dann das Dichtungsmaterial eingebracht, und die so. miteinander vereinigten Teile wurden dann langsam auf Raumtemperatur abgekühlt.

Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß das Gefäß während der Aufrechterhaltung des Vakuums nicht ausreichend entgast werden kann, da. die Temperatur, bis auf welche der Apparat mit Sicherheit erwärmt werden darf, durch den Schmelzpunkt des Bindemittels, also 50⁰ C für W-Wachs, begrenzt ist. Andererseits verlangt aber die Entgasung des Gefäßes, d. h. die Entfernung der auf der Glasoberfläche adsorbierten Wasser- und Gasschicht, eine Temperatur von wenigstens 150⁰ C.

Die Temperaturbegrenzungen, die sich aus den Eigenschaften des W-Wachses ergeben, führen dazu, daß das Vakuum innerhalb der Gefäße mit der Zeit zerstört wird.

Es wäre möglich, Bindemittel zu finden, die bei niedrigem Dampfdruck eine höhere Schmelztemperatur aufweisen, z. B. Silberchlorid und einige höhere Polymere. Die Anwendung dieser Bindemittel bringt aber andere Schwierigkeiten mit sich.

ίο Um das Bindemittel anzuwenden, ist es notwendig, die Apparatteile wenigstens in der Nähe der Dichtung auf eine Temperatur zu erwärmen, die oberhalb des Schmelzpunktes des Bindemittels liegt. Auch muß nach der Zusammensetzung eine genügend

>5 hohe Temperatur für die Entgasung angewendet werden. Die für diese beiden Prozesse verschiedenen Temperaturen verursachen nun weitere Schwierigkeiten wegen der Differenz der Ausdehnungskoeffizienten des Materials des Gefäßes

^ao und des Fensters. Beim Abkühlen verursacht die verschiedene Zusammenziehung den Bruch des schwächeren Teiles der Konstruktion.

So hat beispielsweise Bleiglas einen Ausdehnungskoeffizienten von 9,5 X io-⁶ je ° C und Bromkali

»5 einen solchen von 4 X 10-⁵. Wenn also ein Fenster aus Bromkali direkt in eine öffnung eines Glasgefäßes eingedichtet und während des Dichtungsprozesses oder der nachfolgenden Entgasung auf eine Temperatur über ioo° C erwärmt wird, so bricht der Bromkalikristall unvermeidbar, wie langsam auch immer die Abkühlung geführt werden möge.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Fenster am Umfang einer Gefäßöffnung in der Weise abgestützt, daß es einerseits den durch das innere Vakuum auftretenden mechanischen Beanspruchungen widerstehen kann, und andererseits so, daß es sich unabhängig vom Gefäß ausdehnen und zusammenziehen kann, wobei die Vakuumdichtung durch eine Ringfolie aus biegsamem Metall hergestellt wird, die an die Außenseite des Fensters und an die dem Fenster unmittelbar benachbarten Teile der Gefäßwandung angekittet ist. Die Kittung ist in Form von zwei ineinanderliegenden geschlossenen Ringflächen angeordnet und der zwischen diesen Kittungsflächen liegende Teil der Ringfolie wird gegen atmosphärischen Außendruck einerseits durch die Außenkante der Fensterscheibe und andererseits durch die daran angrenzenden Teile des Gefäßes abgestützt.

Um die Relativbewegung zwischen Fenster und Gefäß während der Temperaturschwankungen zu erleichtern, ist es vorteilhaft, insbesondere bei Glasgefäßen, eine Metallringscheibe zwischen Fenster und Gefäß anzuordnen.

Die Metallringfolie soll dick genug sein, um eine wirksame Vakuumdichtung herbeizuführen und den aus den Druckdifferenzen entstehenden Spannungen zu widerstehen. Sie darf jedoch nicht so dick sein, daß sie die Relativbewegung von Fenster und Gefäß während der Temperaturschwankungen behindert. Für die Ringfolie ist in den meisten Fällen Silber und Aluminium zu bevorzugen. Auch Zinn ist geeignet, wenn auch nicht in dem Maße wie Silber. Manchmal muß das Gefäß eine Flüssigkeit enthalten; in diesem Falle ist die Metallringfolie aus einem Metall herzustellen, das von der Flüssigkeit nicht angegriffen wird, was z. B. die Anwendung von Gold oder Platin erfordern würde.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Hierin zeigt

Fig. ι die Stirnansicht der Dichtung eines Fensters auf einer Seite eines Glasrohres,

Fig. 2 einen Querschnitt der Einrichtung nach Fig. i,

Fig. 3 einen Axialschnitt durch einen Teil eines Glasrohres, das stirnseitig durch eine Dichtung gemäß der Erfindung abgeschlossen ist.

Die Darstellung der Zeichnung ist keine maßstäbliche, weil im Interesse einer klaren Darstellung die Materialstärken sowie die Abmessungen übertrieben dargestellt werden mußten. Beispiele der natürlichen Abmessungen werden nachstehend gegeben.

Gemäß Fig. 1 und 2 besitzt ein Glasrohr 1 mit einem Durchmesser von 13 mm an einer Seite eine Abschleifung, so daß eine parallel zur Achse verlaufende Randfläche eines Fensters entsteht. Die äußere Länge dieser Fläche sei 30 mm, die äußere Breite 10 mm, die Innenmaße der öffnung sind 27 mm und 7 mm.

Ein Stahlscheibenrahmen 2 ist auf die öffnung aufgelegt. Er ist 0,2 bis 0,5 mm dick und besitzt eine reckteckige Form mit den äußeren Abmessungen 29 X 9 mm, wobei die Breite des Rahmens ringsum 1,5 mm beträgt. Eine rechteckige Fensterscheibe 3 mit den Abmessungen 28 X 8 mm und ι mm Dicke ist auf den Metallscheibenrahmen 2 aufgelegt. Den Abschluß der Dichtung bildet ein rechteckiges Rahmenstück 4 aus Silberfolie, dessen Innenfenster 26 X 6 mm groß ist. Der Innenrand der Rahmenfolie überdeckt in der Breite von 1 bis 1,5 mm den Rand der Außenfläche des Fensters und ist hier mit Silberchlorid oder einem ähnlichen Bindemittel angekittet, während der Außenrand des Folienrahmens in ähnlicher Weise an den Rand des zylindrischen Rohres 1 in einer Breite von etwa ι bis 2 mm angekittet ist.

Der feine Stählblechrahmen 2 bildet eine Abstützung für das Fenster 3 gegen atmosphärischen Außendruck und erlaubt eine freie Ausdehnung und Zusammenziehung des Fensters gegenüber dem Rohr i, weil die Reibung des Fenstermaterials auf dem Stahl geringer ist, als wenn das Fenster unmittelbar auf der geschliffenen Randfiäche der Fensteröffnung des Rohres aufliegen würde. Die Randteile des Stählscheibenrähmens 2 bilden überdies brückenähnliche Verstärkungen zur Abstützung der Scheibe und verhindern, daß diese unter dem Einfluß der Erwärmung und des Druckes etwa in eine gewölbte Form gedrückt wird.

Die Rahmenfolie 4 ist mechanisch einerseits auf dem Rohr τ und andererseits auf dem Fenster 3 abgestützt und gibt genügend nach, um eine praktisch spannungsfreie Ausdehnung und Zusammenziehung der Scheibe zu gewährleisten.

Die Fig. 3 zeigt eine ähnliche Dichtung an der kreisförmigen Endöffnung eines zylindrischen Glasrohres 5. Die einzelnen Teile haben eine den in Fig. ι und 2 dargestellten Einrichtungen ähnliche Funktion, unterscheiden sich aber in Form und Ausbildung.

Das Rohr 5 hat am Ende eine nach innen gerichtete Ringverdickung 6, auf welcher durch Einschleifen ein zylindrischer Sitz gebildet werden kann. Darin ist mit leichtem Spiel das Fenster 8 so eingesetzt, daß seine Außenfläche mit der äußeren Stirnfläche des Glasrohres 5 bündig verläuft. Dementsprechend ist die Stärke der Metallringscheibe 9 gewählt, die zwischen Scheibe 8 und Schulter 7 eingelegt ist. Die Dichtungsringfolie 10 ist ein flaches Ringblatt, das am äußeren Stirnrande des Glasrohres und am äußeren Umfang der Scheibenaußenfläche angekittet ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Fensterdichtung für Vakuumgefäße, bei welcher die Fensterscheibe am Umfang einer Gefäßöffnung so abgestützt ist, daß sie den mechanischen Beanspruchungen aus der Vakuumwirkung widersteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Fensterscheibe so abgestützt ist, daß sie unabhängig, vom Gefäß sich ausdehnen und zusammenziehen kann, wobei die Dichtung aus einer nachgiebigen Metallringfolie besteht, die einerseits auf dem Umfang der Außenfläche des Fensters und andererseits auf der das Fenster unmittelbar umgebenden Gefäßoberfläche aufgekittet ist.
2. Fensterdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Abmessungen des Fensters entsprechender Metallscheibenrahmen zwischen dem Fenster und dem Rande der von ihm abzuschließenden Gefäßwandung angeordnet ist.
3. Fensterdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheibenrahmenrand zum Teil von der Gefäßöffnung ungestützt ist, der Scheibenrahmen aber kräftig genug gehalten ist, um die nicht abgestützten Teile des Fensters gegen Formänderung durch Außendruck zu sichern.
4. Fensterdichtung nach einem der Ansprüche ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsfolie aus Silber besteht.
5. Fensterdichtung nach einem der An-Sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsfolie aus Aluminium besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen