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Elektrische Stromdurchführung Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung
großflächiger Verschmelzungen zwischen Glas und Metall bei der Einführung von als
Stromleiter dienenden Stäben in Hohlkörper, die aus Metall bestehen, bekannt. Dabei
wird zwischen dem Stromleiter und dem Metallkörper durch Niederschmelzen einer Glasmenge
eine Isolationsschicht eingebracht, wobei der Zwischenraum zwischen dem Stromleiter
und dem Metallkörper während des Niederschmelzens am unteren Ende mittels eines
gegebenenfalls zurHalterung des Stromleiters dienendenTfropfens verschlossen ist.
Der mit dem Glas zu verschmelzende Metallteil kann auch mit einer Emailleschicht
überzogen werden. Ferner kann der Metallteil in einem sich. zeitlich mit dem Niederschmelzen
des Glaskörpers wenigstens teilweise überdeckenden Arbeitsgang an, der Einschmelzs.telle
mit einem emaillearteigen Überzug versehen werden. Schließlich ist auch noch ein
Verfahren zur Herstellung von Verschmelzungen zwischen Glas und Metall, insbesondere
für elektrische Entladungsgefäße bekannt, bei dem vor dem eigentlichen Einschmelzvorgang
der Metallteil wenigstens an der Einschmelzstelle mit einem dünnen Überzug eines
mit Haftoxyden versetzten Glases versehen wird, dessen Ausdehnungskoeffizient etwa
gleich dem des eigentlichen Einschmelzglases ist.
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Im wesentlichen beruhen diese Herstellungsverfahren also darin, d!aß
im Zwischenraum zwischen einem mantelförmigen Metallkörper und einem stabförmigen
Stromleiter eine Glasmasse niedergeschmolzen wird, die nach dem Erstarren
den
Stromleiter trägt, ihn von dem-Metallgefäß elektrisch isoliert und- dieses vakuumdicht
verschließt. Als Unterlage für das schmelzende Glas wird dabei ein wärmebeständiger
Körper, z. B. Graphit oder Keramik, verwendet. Im allgemeinen; pflegt man diese
Unterlage nach der Erstarrung zu beseitigen, so da.ß der erstarrte Glaskörper zwei
- freie Oberflächen erhält.
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Diesem Verfahren haften insbesondere zwei Mängel an: Das Entfernen
der Unterlage ist ein oft nur mühsam auszuführender Arbeitsgang, der leicht zu Beschädigungen
des Glaskörpers führen kann und meist noch eine besondere Reinigung der Oberflächen
erforderlich macht. Die freie Glasoberfläche stellt die kürzeste Verbindung zwischen
Metallmantel und Durchführungsstab dar und ist somit besonders ungünstig für die
elektrische Isolation geformt. Wenn die Abmessungen der ganzen Durchführung klein,
gehalten werden sollen und zugleich eine hohe elektrische Spannung durchgeführt
werden soll, treten infolge der Oberflächenleitfähigkeit des. Glases auf der atmosphärischen
Seite Isolationsfehler auf, bei höherer Beanspruchung auch elektrische Überschläge.
Auch auf der Vakuumseite entstehen Isolationsstörungen durch aufgedampfte Metalle
und andere Einflüsse.
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Um die geschilderten Mängel zu beseitigen, hat man versucht, einen
als. Unterlage für den Glasfluß dienenden Keramikkörper so mit dem Glas zu verschmelzen,
daß er nach der Abkühlung nicht entfernt zu werden braucht, sondern die Glasoberfläche
abdeckt und z. B. gegen atmosphärische Einflüsse schützt. Man könnte dann diesem
Keramikkörper eine geeignete Form geben, so daß er Isolationsverschlechterungen
und Überschläge wenigstens auf der nicht im Gefäß liegenden Seite der Durchführung
verhindert. Es hat sich aber gezeigt, daß es praktisch nicht möglich ist, einen
Körper aus einem der üblichen keramischen Stoffe in der geschilderten! Weise mit
dem @Gläskörper zu verschmelzen, ohne daß sich bei oder nach dem Erstarren Glassprünge
bilden. Dies hat seine Ursache darin, daß bei der Abkühlung der Glasmasse die Zusammenziehung
nicht in derselben Weise erfolgt wie bei einem frei im Raum befindlichen Körper
aus demselben Material. Infolge des Schrumpfdruckes des außen anliegenden Metallmantels
erfolgt vielmehr eine stärkere Zusammenziehung, die außerdem in. radialer Richtung
außen größer ist als in der Nähe des inneren Durchführungsstabes,. Die an den; verschiedenen.
Stellen der Glasmasse verschiedene Kontraktion ist dabei von dem zeitlichen Verlauf
der Abkühlung (Temperung) abhängig. Es ist somit verständlich, daß beim Zusammenschmelzen
mit einem einheitlichen keramischen Körper zumindest stellenweise Spannungen auftreten,
die Sprünge im Glas oder in der Keramik hervorrufen können. Selbst bei sorgfältiger
Anpassung des Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Kerainik an das verwendete
Glas und unter Berücksichtigung des Temperaturverlaufs bei der Abkühlung läßt es
sich somit nicht vermeiden, daß bei der Fertigung ein großer Ausschuß entsteht.
Nach der vorliegenden. Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß als
Unterlage für das geschmolzene Glas eine poröse Keramik verwendet wird. Wegen, des
lockeren Gefügeaufbaues, besitzt ein solches Material die Fähigkeit, gewisse Formänderungen,
die ihm aufgezwungen wenden, zu ertragen, ohne daß sich Spannungen von einer solchen
Höhe ausbilden, daß sie Sprünge in der Keramik selbst bzw. in dem angeschmolzenen
Glas verursachen. Es ist deshalb nicht erforderlich, daß der Ausdehnungskoeffizient
der verwendeten porösen Keramik mit dem Ausdehnungskoeffizienten des angeschmalzenen
Glases genau übereinzustimmen braucht. Es ist somit möglich, einen Stopfen, der
gerade in den Mantel der Durchführung hineinpaßt und eine Bohrung für den durchgehenden
Stromleiter besitzt, als Unterlage für das schmelzende Glas zu verwenden und mit
diesem zu verschmelzen. Der poröse keramische Körper paßt sich sowohl der Kontraktion
des Metallmantels wie auch der nach innen abnehmenden Kontraktion des Glaskörpers
an, ohne daß gefährliche Spannungen entstehen. Die Größe des Porenvolumens ist dabei
an sich ohne Bedeutung. Es kommt nur darauf an, daß der Elastizitätsmodul der Keramik
so niedrig ist, daß die Verformung, die durch die Schrumpf-und Abkühlvorgänge erzwungen
wird, keine zu großen Gegenkräfte hervorruft. Bei einer vollkomrnen dicht gesinterten
Keramik ist der Elastizitätsmodul, jedenfalls bei dien heute .bekannten und für
die Verschmelzung in Frage kommenden Materialien zu groß.
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In vielen Fällen erscheinü es zweckmäßig, beide freien Glasoberflächen
durch Isolatoren abzudecken. Dies ist ohne weiteres möglich, indem nicht nur als
Unterlage für den Glasfluß, sondern auch als Abdeckung desselben auf der Oberseite
ein geeignet geformter Körper aus poröser Keramik benutzt wird, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient-zweckmäßig
etwas höher ist als derjenige des verwende-@en Glases bei Erwärmung im iu ,belastetentZustand.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Fig. i.
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In die einen Teil. eines elektrischen Entladungsgefäßes bildende Metallwand
i: ist eine Buchse 2 eingesetzt, deren Innenfläche bei 3 emailliert und mit einem
Glaspfropfen 4 verschmolzen ist. Zentral durch die Glasmasse 4 geht. die elektrische
Einführung 5. hindurch, die- ebenfalls emailliert und mit dem Glas verschmolzen
ist. Während des Schmelzprozesses, der in der in Fig.i angegebenen Lage durchgeführt
wird, kann der untere Isolator 6, der aus poröser Keramik besteht, durch ein hier
nicht gezeichnetes Rohr, z. B. aus Metall, unterstützt werden. Der Glaskörper 4
wird beispielsweise in Form eines Stückes Glasrohr, das den für das. Glas zur Verfügung
stehenden Raum ungefähr ausfüllte, von oben über die Durchführung 5 geschoben. Als
letztes wird der obere Isolator 7, ebenfalls aus poröser Keramik bestehend, übergeschoben
und dann die ganze Anordnung in einem Ofen so lange erhitzt, bis das Glas, sich
schmelzflüssig mit den angrenzenden Teilen der Buchse 2, des Durchführungsstabes
5,
und der beiden Isolatoren 6 und 7 verbindet.
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Nach Entfernung der den Isolator 6 stützenden Unterlage ist die Stromeinführung
ohne weitere Nacharbeit fertig. Die Grenzflächen ß' des Glasteiles, die eine kurze
Verbindung zwischen, dem elektrischen Durchführungsstab 5. und dem Metallkörper
der Röhre 2-1 bilden, sind durch ihre Verschmelzung mit der Keramik 6-7 sowohl gegen
den Einfluß der äußeren Atmosphäre als auch gegen Bedampfung oder andere Einwirkungen
aus dem Innenraum der Röhre i geschützt. Da die Länge der Isolatoren in der Richtung
der Achse ausreichend groß gewählt werden kann, um einen elektrischen t'Iberschlag
zu vermeiden, ist die Höhe der zulässigen elektrischen Spannung, die mittels des
Stabes eingeführt werden kann, nur durch die Durchschlagsfestigkeit im Inneren des
Glases und der Keramik begrenzt. Ebenso ist für die Isolierfähigkeit nicht die-
verhältnismäßig große Oberflächenleitfähigkeit maßgebendi, sondern allein der hohe
innere Widerstand in der keramischen bzw. Glasmasse.
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Man kann auch die Form der Isolatoren so wählen, daß Man eine hohe
Isolierfähigkeit und Überschlagssicherheit erhält. Ein Beispiel hierfür zeigt Fig.
2. Hier ist der obere Isolator 7, der der äußeren Atmosphäre ausgesetzt ist, als
Rillen= körper ausgebildet, während der untere Isolator 6 als einfaches Rohr ausgeführt
ist, da im Vakuum die Isolation ausreicht. Es ist so ohne weiteres möglich, durch
enge Metallrohre von etwa 15 bis 20 mm 0 mehrere tausend Volt betriebssicher hindurchzuführen.
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Die elektrische Durchschlagsfestigkeit einer porösen Keramik ist geringer
als die der üblichen dicht gesinterten Keramiken, aber im allgemeinen ausreichend,
um den in elektrische Entladungsgefäße einzuführenden Spannungen zu widerstehen.
Die Isolierfähigkeit des porösen: Materials ist meist sogar höher als, die: von
dicht gebranntem Material. Jedoch kann die Isolierfähigkeit außerordentlich verschlechtert
werden durch die Einwirkung von Feuchtigkeit oder durch andere Einwirkungen aus
der umgebenden Luft. DieseVerschlech@terung kann infolge Vollsaugens; der Poren
mit Wasser dazu führen, daß der Körper seine Eigenschaft als Isolator praktisch
verliert. Soweit dies nicht durch die Betriebsweise ausgeschlossen ist, z. B. durch
eine ständige Übertemperatur der betreffenden Durchführung gegenüber der Außenluft,
ist es zweckmäßig, die Poren der Keramik durch einen isolierenden Lack, Silikonlack
oder andere organische Stoffe auszufüllen oder wenigstens an der Oberfläche zu verschließen.
Wenn, diese Imprägnierung nach der Herstellung der Verschmelzung in kaltem Zustand
vorgenommen. wird, so wird: damit die Haltbarkeit der Verbindung zwischen Glas und
Keramik nicht beeinflußt: Auch wenn die Durchführung imBetrieb erheblichenTemperaturschwankungen
ausgesetzt ist, sind keine Schwierigkeiten zu befürchten, wenn das Imprägniermittel
eine gewisse Plastizität behält.