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Dichte Dauerfuge zwischen metallischen und keramischen Körpern Bei
der Herstellung ganz dichter Dauerfugen zwischen Metall und einem keramischen Isolator
bei verhältnismäßig hoher Temperatur, die dem Schmelzpunkt oder wenigstens Erweichungspunkt
entweder des Metalls oder eines glasartigen Bindemittels (Glasur oder Email) entspricht,
stellt sich immer die Aufgabe, die in den Stoffen bei der Kühlung infolge der oft
verschiedenen Dehnungskoeffizienten entstehenden Spannungen auf erträgliche Werte
herabzusetzen. Eine früher vorgeschlagene Lösung dieser Aufgabe besteht in der Wahl
der einander berührenden Stoffe derart, daß ihre Dehnungskoeffizienten etwa gleich
werden. Eine andere ebenfalls früher vorgeschlagene Lösung ist die Verwendung eines
weichen, leicht verformbaren Metalls, das bei der Ii orniveränderung nur unbedeutende
Spannungen verursacht. Auch ist es bekannt, eine Emailschicht zwischen einem Keramikteil
und einem Metallteil einzubetten und die Stoffe dabei so zu wählen, daß sie zwischen
der unteren Entspannungstemperatur des Emails und der Raumtemperatur eine höhere
Wärmedehnung besitzen als das Email. Alle diese Lösungen bedeuten jedoch starke
Begrenzungen in der Stoffwahl, so -daß beispielsweise Stoffe verwendet werden müssen,
deren Beschaffung Schwierigkeiten bereiten kann oder die aus anderen Gesichtspunkten
als den bereits erwähnten unzweckmäßig sein können. So sind z. B.,die weichen Metalle,
die mit Rücksicht auf den Preis und
ändere Eigenschaften in Frage
kommen können, sämtlich mit Quecksilber amalgamierbar. .Sie sind deshalb unverwendbar,
wenn die Fuge für Quecksilber oder Quecksilberdampf dichten soll, und ganz besonders
dann; wenn der letztere nicht verunreinigt werden darf, z. B. in Ionenventilgefäßen.
In solchen Gefäßen können praktisch nur Eisen öder Metalle ähnlicher physikalischer
und chemischer Eigenschaften in Frage kommen.
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Außer den physikalischen und chemischen Eigenschaften der die Fuge
berührenden Stoffe gibt es noch einen bei der praktischen Ausführung zu berücksichtigenden
Umstand, nämlich die Gestaltung, in welcher die genannten Stoffe in _ der Praxis
vorkommen. So muß, z. B. besonders berücksichtigt werden, daß keramische Körper
immer mit großen Toleranzen hergestellt werden müssen und daßi ein Nacharbeiten
derselben immer mühsam ist.
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Die Erfindung betrifft eine durch Ernailtlwß abgedichtete Fuge zwischen
Uetall und keramischen Körpern, die alle genannten Gesichtspunkte berücksichtigt.
Gewisse ,Merkmale dieser Fugentype sind an sich bekannt, aber nicht in solcher Verbindung;
daß die durch die Erfindung beabsichtigte technische Würkung erreicht wird. Erfindungsgemäß
sind zwischen zwei keramischen Körpern, die derart ausgebildet sind, däß der Zwischenraum
zwischen ihnen bei der Herstellung der Fuge leicht einstellbar ist, z. B. beide
flach Moder beide kegelig lind, ein nach diesem Zwischenraum geformter dünner Metallteil
angebracht, der beiderseitig mit den Keramikkörpern durch eine glas- oder emailartige
Masse, im folgenden der Kürze halber in der Regel Email genannt, zusammengefügt
ist. Entsprechend der Form der den Zwischenraum begrenzenden Oberflächen der Keramikkörper
kann der Metallteil aus einem ebenen oder kegeligen Blechring bestehen. Durch die
genannte Ausbildung und eine solche Formgebung; daß der Zwischenraum gerade im Augenblick
der Herste#llung der Fuge eingestellt werden kann, was also z. B. zvlindrische Flächen
ausschließt, kann man sich von den strengen, bisher innezuhaltenden Regeln über
die j,Urärmeausdehnungskoeffizienten unabhängig machen und trotzdem eine haltbare
Fuge erhalten. Dies hängt erstens damit zusammen, daß man bei der Herstellung die
Emailschicht immer so stark zusammendrücken kann, daß sie in =der Querrichtung nie
einer Zugbeanspruchung ausgesetzt wird, und zweitens damit, daß die Längskräfte
in der Metallschicht immer auf zwei Emailschichten aufgeteilt werden und die Schubkräfte
in der Kontaktfläche also für dieselbe Metalldicke auf die Hälfte herabgesetzt werden.
Auch ermöglicht die Einschließung des Metallteils zwischen zwei Keramikteilen die
Verwendung einer dünneren Metallschicht als die Anbringung des Metallteils außerhalb
oder innerhalb des keramischen Teils.. Hierdurch wird die Beanspruchung der Emailschicht
noch weiter herabgesetzt. Der Metallteil soll vorzugsweise so dünn sein, daß die
in ihm bei der Abkühlung von .der Erweichungstemperatur der Glas- oder Emailmasse
entstehenden Spannungen leine gefährlichen Schubspannungen in der genannten Masse
oder im keramischen Stoff hervorrufen können.
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Drei Ausführungsformen der Erfindung sind in Abb. i bis 3 der Zeichnung
im Längsschnitt dargestellt, während Abb. 4 einen der Abb. ? entsprechenden Querschnitt
einer etwas abgeänderten Form zeigt.
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Abb. i zeigt einen Durchführungsisolator einer von unten eingeführten
Anode, beispielsweise einer Erregeranode eines Iönenventilgefäßes aus iMetall. z
ist .der Boden des Ventilgefäßes und 2, die flüssige Kathode, 3 die Anode und 4
der Anoden.zuleiter (Anodenschaft). Letzterer ist von einer Schutzhülse 5 umgeben,
die eine Verlängerung des eigentlichen Einführungsisolators bildet. Letzterer besteht
aus drei Teilent6,-7, 8 aus Porzellan, Steatit oder einem anderen keramischen Stoff
mit einemaillierten Zwischenlagen 9, i,o aus Blech, beispielsweise Eisenblech.
Diese Zwischenlagen sind von größerem Durchmesser als die keramischen Teile und
außenhalb von diesen an je einem Metallteil angeschweißt, und zwar das Blech 9 an
einem Flansch iii unterhalb des Gefäßbodens, i und das Blech io an einem ähnlichen
Flansch 12, der auf das untere Ende des - Anodenschaftes aufgesetzt, z. B. aufgeschraubt
ist. Der Innendurchmesser der Bleche 9 und io ist andererseits vorzugsweise größer
als der der Isolatorteile 6, 7, 8, und der Zwischenraum zwischen den letzteren innerhalb
der Bleche ist mit Email gefüllt, das immer sicherer an dem keramischen Stoff als
am Blech haftet. In dieser Weise erhält man zwei in Reihe geschaltet, Dichtungsflächen
iMetall-Keramik zwischen der Außenluft und -dem Vakuum, nämlich beiderseits des
Bleches 9 bzw. io. Mit vakuumdichten Emailfugen zwischen den Blechen 9, zio. und
den: eigentlichen Isolatorteilen und mit vakuumdichten Schweißfugen zwischen den
Blechen und den Flanschen ,in, i2 erhält man in dieser Weise eine vakuumdichte Anodeneinführung,
die nur vorzugsweise durch gegen abfließendes Oueclcsilber dichtende Packungen 13,
11,4 zwischen 'dem- Isolator und dem Gefäß bzw. zwischen dem Isolator und dem Flansch.i-q
vervollständigt werden kann, die den Aufbau gleichzeitig mechanisch stützen. Ein
geringes Durchlecken durch .die Packungen 13, 14 spielt keine Rolle, da nur
der mittlere Isolatörteil7 elektrisch wirksam ist. Beim Anziehen der Packungen können
die Bleche 9, io bei den ringförmigen Wulsten 15, 16 nachgeben.
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Die erfindungsgemäß angestrebte Wirkung wird in dieser Ausführung
dadurch erzielt, daß die gegeneinander durch Emaillierung dichtenden Flächen ganz
eben sind. Hierdurch kann man einfach durch das Zusammendrücken der Teile mit einem
angemessenen, Druck vor oder während des Erstarrens der Emailschicht di-, Dicke
dieser Schicht in der Weise einstellen, die die Erfahrung als die zweckmäßigste
für die Vermeidung einer Rißbildung erwiesen hat. Gleichzeitig wird die Metallschicht
vorzugsweise so dünn gehalten, daß die in ihr entstehenden Spannungen in dem Email
oder
im keramischen Stoff keine gefährliche Schubspannungen hervorrufen können.
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Abb. 2 zeigt ein Anwendungsbeispiel der Erfindung auf einen Anodenisolator
für Hochspannung mit leitenden Einlagen für eine Spannungsverteilung in den Sperrphasen.
Die Anode ist mit ; bezeichnet, und der Isolator ist aus einer Anzahl unter sich
gleicher Porzellan- oder Steatitringe 26 zusammengesetzt. Zwischen diesen
sind Eisenblechringe 29 einemailliert, die als Stromzuleiter zu den Ringen 3o aus
'Graphit od. dgl. dienen, durch welche diese auf einem solchen Potential gehalten
werden, daß die Spannungsverteilung in dem von ihnen umgebenden rohrförmigen Raum
während der Sperrphase etwa gleichförmig und die Gefahr von Rückzündungen dadurch
in hohem Maße vermindert wird. Die Graphitringe können auch von den Blechringen
mechanisch getragen und an letzteren durch eine Art von Bajonettve-rschluß befestigt
werden, wie in Abb.4 angedeutet, wo der Graphitkörper jedoch weggelassen ist. Die
Blechringe können ihrerseits außen an eine Art von Potentiometer zur Erzielung der
gewünschten Spannungsverteilung angeschlossen sein.
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In Abb. .4 sind die Eisenblechringe 09 als aus zwei konzentrischen
Ringteilen zusammengesetzt dargestellt, die untereinander nur durch ein schmales
Band 38 verbunden sind. Diametral gegenüber diesem Band befindet sich ein anderes
Band 39, das aus dem Isolator herausragt und zum Aufdrücken einer Spannung dient.
Im übrigen ist der Zwischenraum zwischen den Isolatoren ganz mit Email gefüllt.
Auf diese Weise erhält man, wie in Abb. i, aber in noch erhöhtem Maße, einen verlängerten
Dichtungsweg längs der Berührungsflächen Metall-Email-Keramik für den Fall, daß
die Dichtung an irgendeiner Stelle dieser Flächen beschädigt werden sollte.
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Der oberste und er unterste der Blechringe, die mit 31 bzw. 3,2
bezeichnet sind, sind mit keinen Graphitringen verbunden, sondern anstatt dessen
für das Anschweißen an die Anode 23 bzw. an das Gefäß 2@i ausgebildet und können
in diesem Zusammenhange aus etwas dickerem Blech als die übrigen ausgeführt sein.
Die außerhalb dieser Blechringe liegenden Porzellanringe können dann auch besonders
geformt sein, um das Anschweißen zu erleichtern und um den Druck bei Zusammenemaillieren
des Isolators regeln zu können. Der oberste Porzellanring kann durch eine am Anodenzuleiter
mittels einer Mutter befestigte Scheibe 33 geschützt werden. Im Hinblick auf die
Einstellung des Drukkes beim Emaillieren und damit der Emailschichtdicke ist diese
Ausführungsform der in Abb..i dargestellten ganz ähnlich.
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Die in Abb. i und 2 dargestellten Dichtungsflächen können selbstverständlich
kegelig anstatt eben ausgeführt werden.
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Abb. 3 zeigt ein Beispiel einer Durchführung eines einzelnen Leiters
geringen Querschnitts durch einen Isolator beträchtlicher Dicke. In diesem Falle
bohrt man durch den Isolator 35 ein gleichförmig sich verjüngendes Loch, am einfachsten
von kegeliger Form, und bildet einen diesem Loch angepaßten, sich verjüngenden Pfropfen
36 aus. Zwischen dem Pfropfen und der Lochwand wird ein dünnes, beiderseitig mit
Emailfluß versehenes Metallband 37 eingelegt, wobei zwischen die Teile im übrigen
so viel Emailfluß eingeführt wird, daß die gesamte Dicke des Metallblechs und der
beiden Emailschichten etwa gleich der Dicke der zwischen dem übrigen Teil des Pfropfens
und der Lochwand eingeschmolzenen Emailschicht wird. Diese wird keinen Wärmespannungen
ausgesetzt, da die Dehnungskoeffizienten für das Email und für das Porzellan ohne
Schwierigkeit etwa bleichgemacht werden können. Die Dicke der Emailschicht auf den
beiden Seiten des Metallblechs kann ihrerseits durch die mehr oder weniger weit
getriebene Einführung des sich verjüngenden Pfropfens genau eingestellt werden.
Gegebenenfalls kann man am Umfang des Pfropfens ein schmales Segment abschleifen,
in welches das Blech eingelegt wird. In diesem Falle kann die Emailschicht auf dem
übrigen Umfang dünner gemacht werden.
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Die Erfindung ist von besonderer Bedeutung, außer für vakuumdichte
Ausführungen, auch für ganz öldichte, beispielsweise für ölgefüllte Kondensatorbehäl,ter
oder Bleikabel, bei denen auch hohe Anforderungen an vollkommene Dichte gestellt
werden.