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Verfahren zur Herstellung von Verschmelzungen zwischen Glas und Metallen
Zusatz zum Patent- 864 621
Itn Patent 86¢ 6--z ist ein Verfahren zur Herstellung
großflächiger Verschmelzungen zwischen Gläsern und Metallen mit erheblich abweichenden
Temperaturkoeffizienten beschrieben, welches die Durchführung von Metallen., wie
Eisen, Kupfer, mit verhältnismäßig hohem Ausdehnungskoeffizienten durch Gläser mit
einem um 3o bis 400!o niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten gestattet. Nach diesem
Verfahren wird der innere Metallteil nach dem Niederschmelzen des Glasteils auf
eine unter den Erstarrungsbereich des Glasteils liegende Temperatur gebracht, so
daß die Erstarrung von innen nach außen fortschreitet. Während dieses Vorganges
schrumpfen die äußeren Glaszonen auf dem Metallteil bzw. die darunterliegenden Glaszonen
auf, so daß eine Ablösung des Glasteils vom Metallteil vermieden wird. Die in den
äußeren Zonen dabei entstehenden Zugspannungen werden. schließlich durch den die
Verschmelzung außen umgebenden Metallteil aufgehoben. Es hat sich nun gezeigt ä
daß das Verfahren nach dem Hauptpatent auch zur ]Eerstell-ung von Verschmelzungen
zwischen Gläsern und Metallen mit merklich höheren Ausdehnungskoeffizienten, die
von dem Glasteil umgeben werden,
geeignet -ist,- sofern der Glasteil
außen, frei liegt, d. h. nicht von einem Metallmantel umgeben ist. Zwar gelingt
es auf diese Weise nicht, das Auftreten von Zugspannungen im Glasteil gänzlich zu
vermeiden. Es- werden vielmAr in den äußeren Glaszonen Zugspannungen. auftreten.
Diese Zugspänrnungen'lassen, sich jedoch trotz der beim Erkalten der -Verschmelzung
auftretenden großen Längendifferenzen. so klein halten, daß sie nicht zum Springen
des Glasteils führen. Durch die Anwendung der Erfindung gelingt es, verhältnismäßig
großflächige Verschmelzungen herzustellen, im -besonderern Stromdurchführungen für
Großgleichrichter, deren Durchmesser io bis :2ö mm betragen kann, mit einer mehrere
Millimeter dicken Glasschicht zu überziehen, welche aus I.solationsgrün.den: zur
Vergrößerung der Kriechwege nützlich ist. Es hat sich gezeigt; daß sich auf diese
Weise auch verhältnismäßig lange Glasumhüllungen, z. B. von einer Länge von 15 bis:
2o cm, auf Eisen oder .andere Metalle mit hohen Ausdehnungskoeffizienten auftragen
lassen. An der Anwendung handelsüblichen Eisens oder Kupfers ist man wegen der gegenüber
den bekannten Einschmelzlegierungen besseren elektrischen und thermischen Leitfähigkeit
interessiert.
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Für die Herstellung von Verschmelzungen nach der Erfindung sind die
in dem Patent -864,621- _ beschriebenen Gesichtspunkte maßgebend. Es ist dabei lediglich
zu berücksichtigen, daß der "den; Glasteil umgebende äußere Metallteil fehlt und
man deshalb nicht damit rechnen kann, daß der Glasteil von außen unter Druckspannungen
gesetzt wird. Man muß deshalb die Abmessung und Abkühlungsbedingungen so wählen,
.daß die im Glasteil verbleibenden Zugspannungen zulässig sifid. Um eine einwandfreie
Verschmelzung zu erhalten, empfiehlt es sich, in bekannter Weise zwischen Glas und
Metallteil eineu Emailüberzug vorzusehen.
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In der Zeichnung sind verschiedene Arten von Verschmelzungen nach
der Erfindung dargestellt. Fig. i zeigt ein Eisenrohr i, das mit einem mehrere Millimeter
dicken Glasmantel 2 umgeben ist. 3 ist eine zwischen Glasteil und Metallteil liegende
Emailschicht. Bei der Herstellung dieser Verschmelzung geht man in der Weise vor,
daß man zunächst nach bekannten Methoden den Glasteil emailliert. Es wird dann ein
iGlasröhrübergeschöben und das Ganze auf so hohe Temperatur erhitzt, daß das. Glasrohr
erweicht und. auf das darunterliegende mit Email, überzogene Glasrohr aufschmilzt.
Während dieses Vorganges kann das Metallrohr rotieren. Einfächer ist es jedoch,
es senkrecht aufzustellen und das Glasrohr am oberen Teil festzuhalten, etwa in
:der Weise, daß man es etwas verjüngt und auf einemBund odereinem konischenTeildes
Metallteils aufliegen läßt. Trotz der beim Niederschmelzen des Glasteils, eintretenden
schwachen Abwärtsbewegung der Glasmasse lassen sich auf diese Weise.einwandfreie
Glasüberzüge herstellen. Nach dein Niederschmelzen des Glasüberzuges- wird der Metallteil,
z. B. .durch Hirndurchleiten eines Kühlmittels, wie Luft, in Richtung des Pfeiles
4 entsprechend den Angaben des Patents 86q.62:1 abgekühlt, Es treten dabei .die
im Hauptpatent beschriebenen Vorgänge ein.
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Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet von Verschmelzungen gemäß der Erfindung
findet sich in der Großgleichrichtertechnik bei der vakuumdichten Durchführung hoher
Stromstärken durch die Gefäßwandung. Hier kann man. zur Befestigung und Durchführung
Druckglasverschmelzungen, im besonderen der im Patent864 621 beschriebenen Art verwenden,
die stich durch hohe thermische und mechanische Festigkeit auszeichnen. Bei dieserArt
der Stromdurchführung sind allerdings,die elektrischen Kriechwege wegen des kleinen
Abstandes zwischen äußerem Metallmantel und dem Stromdurchführungsstab oder -rohr
verhältnismäßig klein. Um diese Kriechwege zu erhöhen, empfiehlt es sich, nach :der
vorliegenden Erfindung die an die Druckglasverschmelzung sich anschließenden Teile
der Stromdurchführung mit einem Glasüberzug zu ver= sehen..
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Dieser Glasüberzug kann sich sowohl über den der Einschmelzung benachbarten
Teil -der Stromdurchführung inner- und außerhalb des Vakuumraumes erstrecken. Er
ist außerhalb des Vakuumraumes wegernder Gefahr des Verschmutzens wichtiger, und
man kann deshalb, wenn nicht in besonderen Fällen das Auftreten von Niederschlägen
innerhalb .des Vakuumraumes zu befürchten ist, auf einen besonderen Glasüberzug
innerhalb des Vakuumraumes verzichten.
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Eine Einschmelzung, .bei der eine Stromdurchführung zu beiden Seiten
einer Druckglasverschmelzung mit einem Glasüberzug versehen ist, zeigt Fig. 2. Darin
ist mit i eine Stromdurchführung in Form eines Stabes oder Rohrest bezeichnet. 2
ist ein Glasmantel, 3 eine Emailschicht. Das Ganze wird von einer Druckglasverschmelzung
gehalten, deren @Glaspfropfem mit 5 bezeichnet ist. 6 ist der den Glaspfropfen umgebende
Metallteil, 7 eine zwischen beidenTeilen liegende Emailschicht. 8 ist ein Formkörper,
z. B. aus :Graphit, der beim Niederschmelzen des Glasteils das Abfließen der Glasmasse
nach unten verhindert. Die in Fig.2 dargestellte Eintschmelzung stellt eine Vereinigung
der Einschmelzung nach dem Patent 864 62i mit der der vorliegenden Erfindung dar.
Bei ihrer Herstellung geht man zweckmäßig in der Weise vor, daß man zunächst den
Metallteil i emailliert, dann ein Glasrohr 2 überschiebt und in; der bei der Beschreibung
der Fig. i erläuterten. Weise hält. Der Glasteil wird dann von einer Glasmasse,
z. B. in Form eines vorgepreßten Glasringes 5, umgeben und in den Metallteil 6 eingebracht,
Die gegenseitige Lage dieser Teile wird durch geeignete Haltevorrichtungen festgelegt;
Für die Bemessung der Wandstärke des Metallteils 7 sind die im Patent 86q.621 angegebenen
Gesichtspunkte maßgebend. Die in der beschriebenen Weise vorbereitete Verschmelzung
wird dann in. einem Ofen, gegebenenfalls! unter Anwendung einer Schutzgasatmosphäre,
so weit erhitzt, daß das Rohr 2 auf den Metallteil i aufschmilzt und auch der Glasteil
5 niederschmilzt. Wenn. dieser
Vorgang beendet wird, sorgt man für
die Abkühlung des Metallteils i unter Anwendung der im Hauptpatent angegebenen Mittel.
Dabei wird durch die Innehaltung der für das Zustandekommen einer einwandfreien
Verschmelzung nach dem Patent 864 6.2,1 erforderlichen Bedingungen auch die Gewähr
dafür geschaffen, daß der außen, frei liegende Teil des Glasrohres :2 nach dem Erkalten
der Verschmelzung fest haftet.
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Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, die sich von der Fig. 2 dadurch
unterscheidet, daß der Glasmantel 3 sich nur auf der einten Seite der Pfropfenverschmelzung
befindet. Dabei kann der sich auch auf den unteren Teil erstreckende Emailüberzug
2 innerhalb :des Vakuumraumes die etwa notwendigen Kriechwege schaffen. Die Verschmelzung
wird in der Weise hergestellt, daß ein Glasrohr 3 über den Metallteil i geschoben
wird. Es erstreckt sich jedoch .abweichend von der Verschmelzung nach Fig. 2 nur
bis in die Nähe des Glaspfropfens 5. Der Ring 8 braucht deshalb keinen Spalt zur
Hindurchführung des Rohres freizulassen. Die Verschmelzung wird im 'übrigen in der
bereits beschriebenen. Weise hergestellt. In den Ausführungsbeispielen sind Fälle
gezeigt, bei welchen ein Metallrohr, z. B. aus Eisen, mit einem Glasmantel umgeben
ist. An Stelle des Metallrohres können jedoch auch Metallstäbe treten, sofern es
mit Rücksicht auf ihre Abmessungen gelingt, eine genügend intensiveWärmeabfuhr vom
Innenteil der Einschmelzung herbeizuführen. Für die Wahl der miteinander zu verschmelzenden
Materialien und. die Wahl der Kühlmethoden gelten ebenfalls die in dem Patent 86q.62
i beschriebenen Gesichtspunkte.