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Verfahren zur Herstellung von Stromeinführungen in Gefäße- aus Glas,
insbesondere aus Quarzglas Es ist bekannt, Stromleiter in Rohre aus Glas, insbesondere
Quarzglas, dadurch einzuschmelzen, daß das den einzuschmelzenden. Stromleiter enthaltende
Rohr nach dem Evakuieren seines Innenraumes von außen erwärmt wird. Sobald die Erweichungstemperatur
erreicht wird, drückt der im Außenraum herrschende Druck das erweichte Glas auf
den Stromleiter, so daß dieser mit der Innenwandung des Glases verschmilzt. Wenn
es sich darum handelt, mit dem Glas einen. Stromleiter zu verschmelzen, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient
von dem des Glases wesentlich abweicht, gelingt eine solche Verschmelzung zuverlässig
nur dann, wenn der Stromleiter nur eine geringe Dicke aufweist. Man kann beispielsweise
dünne Molybdänfolien in Quarzglas einschmelzen. Diese Folien sind jedoch wegen ihres
geringen Querschnittes selbst bei der größten praktisch anwendbaren Breite der Folie
zum Einführen größerer Ströme nicht' geeignet. Eine Verstärkung der Folie führt
erfahrungsgemäß nicht zum Erfolg, da die, Haftung zwischen dem Stromleiter und dem
Glas sowie die Zugfestigkeit der an den Leiter angrenzenden Glasschicht nicht ausreichen,
um den. infolge der verschiedenen. Ausdehnungskoeffizienten der beiden miteinander
verschmolzenen Werkstoffe auftretenden Zugkräften zu widerstehen. Es tritt daher
ein Ablösen der Folie von. der Glaswandung oder ein. Zerreißen. der der Verschmelzung
benachbarten Teile der Glaswandung ein. Diese Nachteile werden durch das erfindungsgemäße
Verfahren zur Herstellung von Stromeinführungen durch Rohre aus Glas, insbesondere
Quarzglas,
bei dem ebenfalls das den einzuschmelzenden Stromleiter enthaltende Rohr nach dem
Evakuieren von außen erwärmt 'wird bis auf eine zum Verschmelzen ausreichende, Temperatur,
dadurch vermieden, daß der Druck im gaserfüllten. Außenraum bei einer oberhalb der
Erweichungstemperatur des- Glases liegende Temperatur mindestens zeitweise auf mehrere
Atmosphären, vorzugsweise mehr als 5o Atm. gesteigert und erst nach dem Unterschreiten
der Entspannungstemperatur des Glases während des Abkühlungsvorganges gesenkt wird.
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Falls an das Rohr, das den, einzuschmelzenden Stromleiter enthält,
Gefäßteile angeschmolzen sind, die einem äußeren. Überdruck von mehreren Atmosphären
nicht standhalten würden, empfiehlt es sich, den Druck im Außenraum bis zum Verschmelzen
des Rohres mit dem Stromleiter auf einem niedrigeren Wert von etwa i bis 2 Atm.
zu halten und anschließend den Innenraum der gegen äußeren Überdruck empfindlichen
Gefäßteile mit einem Gas zu füllen, das den Stromleiter nicht angreift. Der Druck
des Gases im Innenraum wird gleich dem Außenraumdruck oder nur höchstens um den,
halben, jeweils im Außenraum herrschenden Druck niedriger als der Auß-enraumdruck
gewählt, der nun bis auf mehrere Atmosphären, vorzugsweise mehr als 5o Atm., ohne
Gefahr für die druckempfindlichen. Gefäßteile gesteigert werden kann. Zur Vereinfachung
der Durchführung dieses Verfahrens kann der Innenraum und der Außenraum mit dem
gleichen Gas gefüllt werden. Sind an das den Stromleiter enthaltende Rohr mehrere
Gefäßteile angeschmolzen, von denen einige infolge ihrer Wandstärke und Abmessungen
einen äußeren Überdruck von mehreren Atmosphären, insbesondere mehr als 5o Atm.,
zu widerstehen imstande sind, während die anderen Gefäßteile dieser Bedingung nicht
entsprechen., so genügt es selbstverständlich, nur die letzteren in der geschilderten
Weise während der Anwendung des hohen Außendruckes mit einem die Druckdifferenz
zwischen dem Innen- und Außenraum vermindernden Gas zu füllen.
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Die Zeichnungen zeigen in zum Teil schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel
der zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Einrichtung.
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Der einzuschmelzende Stromleiter i, beispielsweise ein Blechstreifen,
der zweckmäßig vor dem Einschmelzen mit dem äußeren Anschlußleiter 2 und einer etwa
erforderlichen. Elektrode 3 verbunden wird, ist im Innern des Rollres 4 aus Glas,
insbesondere Quarzglas, untergebracht. Dieses Rohr ist bei 5 abgeschmolzen. Der
erweiterte Rhum 6, der die Elektrode enthält, ist mit einem die Evakuierung ermöglichenden
Stutzen 15 verbunden. Zur Abstützung des einzuschmelzenden Stromleiters dient bei
dem Ausführungsbeispiel der Körper 7. Nach dem Evakuieren des gesamten Innenraumes
des Rohres ¢ bis 6 wird sein mittlerer Teil 4. durch die elektrische Heizvorrichtung
8, beispielsweise einen Glühdraht, bis auf eine oberhalb der Erweich.ungstemperatur
des Rohres d liegende -Temperatur erwärmt, so daß das Glasrohr mit dem Leiter i
verschmilzt. Dabei wird zweckmäßig durch. entsprechende Anordnung bzw. Ausbildung
der Heiz-( vorrichtung dafür Sorge getragen, daß der mittlere Teil des Glasrohres
am stärksten erhitzt wird, da dieser Teil in erster Linie vakuumdicht mit der Stromleitung
verschmolzen werden muß. Mit Rücksicht auf ihre in der Regel größere Dicke als die
des mittleren Teiles des Stromleiters ist sogar eine Verschmelzung dieser Teile
des Stromleiters mit der Wandung nicht erwünscht. Es ist andererseits zweckmäßig,
die Erwärmung des Rohres doch so weit zu steigern, daß das Rohr an diesen Stellen
so weit zusammengedrückt wird, daß es, ohne am Stromleiter zu binden, ihn eng umschließt.
Wegen des größeren: Ausdehnungskoeffizienten des Stromleiters im Vergleich zum Glasrohr
werden bei einer solchen Durchführung des Verschmelzungsverfahrens diese Stellen
des Stromleiters bei allen betriebsmäßig vorkommenden Temperaturen ein wenn auch
sehr geringes Spiel im Glasrohr aufweisen. Es besteht daher nicht die Gefahr, daß
das Glasrohr durch etwa auftretende Zugspannungen an diesen Stellen zerstört wird.
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Es ist zweckmäßig, die Erwärmung des Glasrohres so zu leiten, daß
bei Verwendung eines bandförmigen Stromleiters zunächst dessen Breitseiten mit der
Innenwandung des Glasrohres verschmelzen. Es besteht nämlich anderenfalls die Gefahr,
daß unter dem Einfluß des äußeren Überdruckes der bandförmige Stromleiter durch
den. Druck auf seine Schmalseiten verbogen wird. Die gewünschte Wirkung der Heizvorrichtung
kann in einfacher Weise erreicht werden., wie durch Fig.2 angedeutet ist, durch
nicht rotationssymmetrische Anordnung des Heizdrahtes B.
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Sobald das Rohr q. mit dem Stromleiter i verschmolzen ist, wird erfindungsgemäß
der Druck im Außenraum auf mehrere- Atmosphären, vorzugsweise auf mehr als 5o Atm.,
gesteigert und auch während des Abkühlungsvorganges noch so lange auf dem hohen
Wert belassen, bis die Temperatur des Glases unter seine Entspannungstemperatur
gesunken ist. Zur Durchführung dieser Drucksteigerung ist das Glasrohr q., vorzugsweise
einschließlich der Heizvorrichtung, im Innern eines Hohlkörpers 9, io untergebracht,
der durch, die Rohrleitung i i mit einem Gas bis auf einen Druck von mehreren Atmosphären,
vorzugsweise von mehr als 5o Atm., gefüllt werden kann.
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Die Wandung dieses Hohlkörpers kann mit einem Mantel i2 umgeben werden,
zwischen dem- und der Wandung ein Kühlmittel; beispielsweise Wasser, hindurchgeführt
wird. Da eine Erwärmung der Enden des Glasrohres nicht erwünscht und erforderlich
ist, empfiehlt es sich, diese Teile im Innern die Wärme gut leitender Körper 13,
14 unterzubringen, die mit der gekühlten Gefäßwandung- in wärmeleitender Verbindung
stehen. Dadurch wird erreicht, daß diese Teile nicht so erhitzt werden, daß sie
unter dem Einfluß des äußeren Überdruckes plastisch deformiert werden. Dies ist
bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besonders bei dem oberen Ende 5 des Glasrohres
erforderlich, da dieses durch
die im Außenraum stattfindende Wärmekonvektion
stärker erhitzt wird als das untere Ende 6. Der Innenraum des Rohres ist durch das
erwähnte Rohr 15 mit einem Raum 16 verbunden, der vor der Erwärmung des Glasrohres
evakuiert wird. Die Dichtung zwischen dem Rohr 15 und dem Raum 16
bzw. der Wandung des Außenraumes. io kann beispielsweise mit Hilfe eines nachgiebigen
Rohres 17 aus Gummi bewirkt werden, das mit seiner Außenseite an einen Raum
angrenzt, der durch das Rohr i8 mit einem Gas oder einer Flüssigkeit hohen Druckes
nach dem Einführen des Rohres 15 gefüllt werden kann. Dies ist infolgedessen einerseits
vakuumdicht, andererseits dicht gegen Drucke, die kleiner sind als der Druck im
Rohr 18. Nach dem Verschmelzen des Rohres 4 mit dem Stromleiter i kann der Druck
im Innenraum des Gefäßteiles 6 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine
entsprechende Erhöhung des Druckes im Rohr 16 soweit vergrößert werden, daß
zwischen dem Innenraum des Gefäßteiles 6 und den ihn umgebenden Außenraum keine
unzulässig hohen Druckdifferenzen. auftreten. Als Gasfüllung wird selbstverständlich
ein den Stromleiter bzw. die Elektrode nicht angreifendes Gas verwendet. Zur Vereinfachung
ist es dabei zweckmäßig, den Außen- und Innenraum mit dem gleichen: Gas zu füllen
und die Drucke während dieses Teiles des Einschmelzverfahrens in beiden Räumen gleich
groß zu wählen. Bei dem Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß entsprechende Maßnahmen
bezüglich des Gefäßteiles 5 wegen seines geringeren Außendurchmessers und seiner
dadurch bedingten größeren Widerstandsfähigkeit gegen äußeren Überdruck nicht erforderlich
sind. Anderenfalls könnte die entsprechende Maßnahme, die soeben bezüglich des Teiles
6 erläutert wurde, auch bei dem an der anderen Seite der Verschmelzungsstelle angeschmolzenen.
Gefäßteil 5 zur Anwendung gelangen. Falls an keiner Seite des mit dem Stromleiter
zu verschmelzenden Rohrteiles gegen Überdruck besonders empfindliche Gefäßteile
angeschmolz-en,sind, darf der Druck im Außenraum auch schon während der Herstellung
der Verschmelzung zwischen. dem Stromleiter und dem Rohr 4 auf mehrere Atmosphären,
vorzugsweise mehr als 5o Atm., gesteigert werden.
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Falls bei der Verwendung sehr hoher Drucke, beispielsweise von ioo
Atm. und mehr, die Herstellung der Dichtung zwischen dem Rohr 15 und der Wandung
io des Hochdruckgefäßes Schwierigkeiten bereitet, können auch Einrichtungen, die
in den Fig.3 und: 4 beispielsweise dargestellt sind, zur Anwendung gelangen. Bei
der Anordnung nach Fig. 3 ist das untere Ende des Rohres 6 mit einem in eine dünne
Spitze i9 auslaufenden Fortsatz versehen, der an seinem unteren Ende nach dem Evakuieren
abgeschmolzen ist. Es wird nun in der geschilderten Weise zunächst das Rohr 4 mit
dem Stromleiter i verschmolzen, bei einem niedrigen Druck, so daß nicht die Gefahr
besteht, daß der erweiterte Teil 6 des Rohres unter der Last des äußeren Überdruckes
zerstört wird. Dabei wird zweckmäßig der Außenraum mit einem Gas gefüllt, das. den
eingeschmolzenen Stromleiter und die Elektrode 3 nicht angreift. Es wird dann durch
eine in. Fig. 3 durch die Teile 2o und 21 angedeutete Vorrichtung die Spitze 1,9
abgebrochen, so daß das im Außenraum enthaltene Gas auch in das Innere des Rohres
6 eindringen kann. Bei einer weiteren Steigerung des Druckes im Außenraum zur Durchführung
des erfindungsgemäßen. Einschmelzverfahrens istdaher die Wandung -des Rohres 6 wegen
des auf beiden Seiten herrschenden. gleich großen Druckes völlig entlastet. Zum
Bewegen des Teiles 2o, der sich ebenfalls in der Hochdruckkammer befindet, werden
entweder in diesen Vorrichtungen angebracht, die beispielsweise mit Hilfe von Elektromagneten
durch die Gefäßwand hindurch oder innerhalb des Hochdruckgefäßes selbst betätigt
werden können. Die Betätigung kann jedoch auch auf mechanische Weise durch deformierbare
Teile der Gefäßwand hindurch erfolgen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.4 ist am unteren Ende des Rohres
6 eine nach dem Evakuieren abgeschmolzene Spitze 22 vorgesehen, die nach dem Verschmelzen
des Stromleiters i mit dem umgebenden Rohr 4 bei niedrigem Druck durch örtliche
Erhitzung mit Hilfe der Glühwendel 23 derart erweicht wird,, daß der im Außenraum
herrschende Druck ein Loch in die Wandung drückt. Zur Erleichterung dieses Einblasens
ist an. der Spitze 22 beispielsweise eine seitliche Erweiterung 24 vorgesehen. Diese
Anordnung hat den Vorteil, daß nicht die Gefahr besteht, daß die erweichte Masse
des Rohres 22 unter dem Einfluß des äußeren Überdruckes den freien Querschnitt der
Spitze 22 verschließt und kein Loch eingeblasen wird.