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Vakuumbehälter, bei dem eine Glaseinschmelzung zur vakuumdichten Verbindung
von zwei ineinandergesteckten rohrförmigen Behälterteilen dient Die Erfindung betrifft
einen Vakuumbehälter, insbesondere ein elektrisches Entladungsgefäß, bei dem eine
Glaseinschmelzung zur vakuumdichten Verbindung von zwei ineinandergesteckten rohrförmigen
Behälterteilen dient. Erfindungsgemäß ist im Bereich des äußeren Glasringes auf
der Innenseit des Innenrohres ein zweiter innerer Glas-oder Keramikring eingeschmolzen,
dessen Ausdehnungskoeiffizient vom Ausdehnungskoeffizienten des Innenrohres und
des äußeren Glasringes abweicht. Der Ausdehnungskoeffizient des zweiten Glas- oder
Keramikringes ist dabei vorzugsweise so gewählt, daß das Innenrohr den inneren Glasring
mit starker Druckspannung umklammert und sich fast keine Druckspannungen oder nur
solche von einer gewollten Größe zwischen dem äußeren Glasring und dem. Innenrohr
ergeben. Durch diese. Anwendung des zweiten; inneren Glas- oder Keramikringes wird
auf diese Weise eine wirksame Abstützung des die vakuumdichte Verbindung bildenden
äußeren Glasringes erzielt. Man kann die vakuumdichte Vorbindungsstelle gemäß der
weiteren Erfindung insbesondere so ausbilden, daß das innere Metallrohr aus einem
gewöhnlichen urlegierten Stahl besteht und daß für den inneren Ring eine Glassorte
mit kleinerem Ausdehnungskoeffizienten und für den äußeren Ring eine Glasisorte
mit größeren Ausdehnungskoeffizienten verwendet wird. Für diese Ausführungsform
der Erfindung ist in Fig. i schematisch ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Es
handelt
sich in diesem Fall um den unterem Abschluß eines Quecksilberdampfgleichrichtergefäßes.
Um die Kathodenpfanne 2 vakuumdicht in den rohrförmigen Gefäßtei14 einzuschmelzen,
werden in diesem Fall die beiden Glasringe i und 3 mit den Teilen z und 4 verschmolzen.
Der äußere Glasring 3 bildet die eigentliche vakuumdichte Verbindung zwischen den
Wandteilen 2 und 4 des Gefäßes, während der innere Glasring i bei dieser Ausführungsform
ohne weitere metalbische oder sonstige innere Stützen frei in: denn Vakuumraum:
hineinragt und eine wirksame Abstützung des die vakuumdichte Verbindung bildenden
Glasringes 3 bildet. Beim Erstarren der Schmelzung zieht sich in diesem Fall nämlich
der innere Ring i mäßig zusammen und wird von dem. inneren rohrförmigen Teil der
Wanne 2 aus unlegiertem Stahl unter starker Druckspannung umklammert. Der unlegierte
rohrförmige Teil 2 verliert außerdem durch die Schrumpfung und auch durch die Dehnung
an Wandstärke, so daß sein Außendurchmesser um eineu größeren Betrag vermindert
wird als sein durch den wenig schrumpfenden inneren Glasring i an der Zusammenziehung
verhinderter innerer Durchmesser. Da der äußere Glasring 3 bei dieser Ausführungsform
der Erfindung einen größeren Ausdehnungskoeffizienten. als der innere Glasring i
hat, so schwindet auch der Innendurchmesser des äußeren. Glasringes 3 um einen größeren
Betrag als der Außendurchmesser des inneren Glasringes i. Bei dei Erfindung wird
nun die Dicke der Wandung des rohrförmigen Teiles der Wanne 2 einerseits und die
Verschiedenartigkeit der Ausdehnungskoeffizienteu der beiden Glasringe i und 3 anderersedts
so aufeinander abgestimmt, daß man entweder fast keine Druckspannungen oder aber
Druckspannungen von einer gewollten zulässigen Größe zwischen dem äußerem. Glasring
3 und dem rohrförmigen Teil der Wanne 2 erhält. Auf diese Weise kann. man Zugspannungen
an der Innenseite des äußeren Glasringes 3 entweder ganz vermeiden oder auf ein
zulässiges Maß beschränken. An den Stellen, wo die Glasringe an den Metallteilen
anliegen, kann: man die Metallteile in bekannter Weise mit einer Emailschicht überziehen.
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Man kann gemäß Fig. 2 das Innenrohr 2 wie im Fall der Fig. i aus einem
gewöhnlichen unlegierten Stahl herstellen und abweichend von der eben beschriebenen
Ausführungsform für die beiden Glasringe gleiche Ausdehnungskoeffizienten anwenden,
indem man den vorzugsweise aus unlegiertem Stahl bestehenden ringförmigen Teil 4
so. stark. bemißt, daß der äußere Glasring 3 beim Erkalten durch die Schrumpfkräfte
gezwungen wird, dem Zurückweichen des Innenrohres :2 zu folgen, so, daß ein
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lösen von diesem verhindert ist. Man kann aber auch bei einer anderen
Ausführungsform der Erfindung mit einem, weniger stark augebildeten Außenring 4
bei gleichen Ausdehnungskoeffizienten. der beiden Glasringe auskommen, wenn man
die Schmelzpunkte der Glassorte für die beiden Glasringe so wählt, daß der äußere
Ring 3 einen niedrigeren Schmelzpunkt als der innere Ring i hast. Dadurch, d@aß
in diesem Fall der innere Ring i vorzeitig erstarrt, wird der metallische Zylinder
z am Zurückweichen verhindert, während der noch weiche Glasring 3 in der Lage ist,
sich dem Schwund der Wandstärke des metallischen Zwischenringes 2 wenigstens bis
zu seiner eigenen Ers.tarrung anzupassen. Bei allen diesen Ausführungsformen der
Erfindung gelingt es also, für das bei der Einschmelzstelle angewendete metallische
Innenrohr ein solches aus gewöhnlichem unlegiertem Stahl anzuwenden.
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Bei den in Eig. i und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen sind für
die Herstellung der Glaseinscbmelzungen Schmelzwerkzeuge erforderlich. Die Verbindungsstellen
der metallischen Rohre mit den Glasringen können gemäß der weiteren Erfindung auch
so ausgebildet sein, daß Schmelzformen überhaupt entbehrlich sind und lediglich
einige Abstützvorrichtungen, beispielsweise des Innenleiters, beim Schmelzen im
Ofen nötig sind. Für diese Ausführungsmöglichkeit der Erfindung ist in Fig. 3 die
Kathodeneinführung eines Queclcsilberdamp,fgleichrichterts dargestellt. Mit Hilfe
der aus den beiden Glasringen i und 3 bestehenden Glaseinschmelzung ist der zylindrische
Teil 2 mit dem Teil 4 vakuumdicht verbunden. Diese Verbindungsstelle ist so gestaltet,
daß die Form des Teiles 4, wenn das ganze Gefäß auf den Kopf gestellt wird, gleich
die für das Einschmelzen notwendige Schmelzform bildet.
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Zu diesem Zweck ist der Teil .4 in der aus der Figur ersichtlichen
Weise rinnenförmig ausgebildet und der damit vakuumdicht zu verbindende Wandteil
2 hat eine glatte Zylinderform, die in diese Rinne hineinpaßt. Der Zylinder 2 kann
aus gewöhnlichem Siernens-MartinStahl besteben. In diesem Fall ist es vorteilhaft,
die beiden an diesem Teil sich. innen und außen anschließenden Glasringe aus Material
mit verschiedenem Ausdehnungskoeffizienten aufzubauen, und zwar so, daß der Ausdehnungskoeffizient
des Ringes i kleiner ist als der des Ringes 3. Der zylindrische Teil 2 kann in an
sich bekannter Weise zumindest an der in: das Glas hineinragenden Seite mit einer
Emailschicht überzogen sein. Der die Rinne bildende Körper q. kann. ebenfalls aus
=legiertem Siemens-Martin-Stahl bestehen. Zumindest die dem. Glas zugewendete Seite
des Teiles 4 wird auch hier in bekannter Weise mit einer Emailschicht überzogen.
Der kegelige Teller 17 des rinnenförmigen Teiles 4 ist am Vakuumkessel 6 des Gleichrichters
angeschweißt. Da etr an der oberen Seite starke Schrumpfkräfte auf den oberen Teil
des den Glasring umklammernden Außenmantels ausübt, ist zum Ausgleich am unteren
Ende des Außenmantels eine Wulst 7 vorgesehen, welche die Schrumpfkräfte arn unteren
Teil des Außenmantels verstärkt. Hierdurch wird. eine einseitige Beanspruchung des
Glasringes 3 vermieden. Ferner wird der obere Teil des Innenmantels 5 durch den
an der Schrumpfung behinderten kegeligen Teller 17 ebenfalls an der Schrumpfung
behindert, während sich der untere fast ungehindert zusammenziehen lcarn. Das könnte
dahin führen, daß: sich zumindest das untere Ende 5 des Innenmantels
vom
Glasring i loslöst. An sich wäre die Dichtigkeit der Einschmelzung dadurch noch
nicht gefährdet, wenn gewährleistet ist, daß der Riß sich nicht am. Umfang der rinnenförmigen
Vertiefung herum weiterbildet. Es ist aber zu erwarten, daß dies nicht eintritt,
weil der Außenmantel des Teiles 4. einen starken; Druck auf den Glasring 3 ausübt.
Man kann aber klare Verhältnisse dadurch schaffen, daß man entweder am Innenmantel
5 und an der horizontalen Seite der rinnenförmigen Ve,rtiefung kein Email vorsieht:
oder aber die horizontale Berührungsfläche mit dem Glas durch eine die Verbindung
an dieser Stelle verhindernde Zwischenschicht, z. B. durch Quarzsand, Porzellanmehl,
Graphitbelag, Glasmehl von hohem Schmelzpunkt od. dgl., abdeckt.
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Die Ablösung des Innenmantels kann aber auch vermieden werden, wenn
man beim Einschmelzvorgang den Innenmantel von der freien Ecke ausgehend in bekannter
Weise abschreckt. Man kann die Abschreckung in der Weise dosieren, daß, man im gegebenen
Augenblick einen kalten Metallring von errechneter und erprobter Größe auf das äußerste
Ende der zylindrischen Wand 5 auflegt. In Fig. 4 sind die Einzelteile in der Lage
dargestellt, in der sie sich beim; Einschmelz.vorgang befinden. Der kalte Metallring
8 wird im Schmelzofen zu Beginn der Abschreckung an der Stange g herabgelassen und
auf den, Teil 5 aufgelegt. Der Ring 8 und die Stangen g können auch hohl sein und
mit Wasser oder Preßluft gekühlt werden. Beim Schmelzen wird der zylindrische Teile
durch die zweiteilige Schelle io mit Stützrippen 12 und den Halte- und Zentrimring
i i an der Sicke 13 unterstützt und in der vorgeschriebenen Lage festgehalten. Weitere
Werkzeuge und sind für den Einschmelzvorgang bei diesem Ausführungsbeispiel nicht
erforderlich.
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Bei der in Fig. 5 dargestellten Auisführungsform ist der rinnenförmige
Behälterteil, 5 aus einem gepreßten Blechkörper gefertigt. Die Wulst 7a wird
hier durch den Stahlring 14, der evtl. hart eingelötet ist, verstärkt.
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In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem an der
Innenseite des inneren Glasringes i die überschlagsstrecke und der Kriechweg durch
einen keramischen Körper 15 verlängert ist. In diesem Fall ist also der rinnenförmige
Behälterteil aus den Wandteilen. 4 und 15 zusammengesetzt. Der Glasring i hat einen
kleineren Ausdehnungskoeffizienten als der Glasring 3. je nach Bedarf, ob man zwischen
dem Glasring i und dem: keramischen Körper 15 Druckspannungen zulassen oder vermeiden
will, wird man die Ausdehnungskoeffizienten der Teile i und 15 aufeinander abstimmen.
Wenn der Ansdehnungsko-effizient des keramischen Körpers 15 kleiner ist als der
des Glasringes i, erhält man Druckspannungen im keramischen Körper. Sind die Koeffiznenten
gleich, so, wird die Verbindung zwischen den Teilen i und 15 spannungsfrei. Die
zur Verfügung stehenden Baustoffe gestatten Beinen großen Spielraum in der Gestaltung
solcher Durchführungen, um so mehr, als bei diesem Ausführungsbeispiel der Körper
15 keinen vakuum.-dichten Abschluß zu übernehmen hat. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist zwischen den Glasringen i und 3 und dem= gedrückten, aus Stahl bestehenden Außenleiter
¢ ein Glasring 16 aus einem. Zwischenglas verschmolzen mit einem Ausdehnungskoeffizienten,
der zwischen den Ausdehnungskoeffizienten der Teile i und 3 liegt. Die Teile 2 und
können zur Vergrößerung der Kriechstrecke in der oben beschriebenen Weise mit isolierenden
t!berz.ügen versehen sein. Dier außen auf den Stahlmantel aufgebrachte Verstärkungsring
18 kann aufgeschweißt, aufgeschrumpft oder hart aufgelötet sein.
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Durch die Hintereinanderschaltung solcher Durchführungen kann man
Anordnungen für sehr hohe Spannungen aufbauen.
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Eine andere Ausführungsmöglichkeit der Erfindung, die man auch mit
Vorteil für Durchführungen zur Anwendung hoher Spannungen benutzen kann, ist in
Fig. 7 dargestellt. Die Durchführung besteht in diesem Fall u. a. aus den keramischen
zylindrischen Teilen ig und 23 und dem metallischen Deckel 24. Für die vakuumdichte
Verbindung des Deckels 24 mit dem oberen Teil des Rohres 21 ist eine Glaseinschmelzung
i, 3 vorgesehen. Zwischen den beiden Glasringen ist in diesem. Fall eine ringförmige
Elektrodeneinführung 17 eingeschmolzen, die dazu dient, eine Elektrode 2i im Innern
des Apparates zu halten. Mit 18 ist ein außen auf den Stahlmantel des Deckels 24
aufgesetzter Verstärkungsring bezeichnet.
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Für die vakuumdichte Verbindung des unteren Endes des keramischen
Rohres ig mit dem oberen Ende des keramischen RohTes:23 sind zwei Glaseinschmelzungen
vorgesehen, die ebenfalls ähnlich wie die obere Glaseinschmelzung je zwei Glasringe
i, 3 besitzen. Die äußeren Glasringe 3 sind umgeben von den beiden Stahlringen 25,
26, die im mittleren. Bereich zweimal rechtwinklig umgekröpft und bei. 27 vakuumdicht
miteinander verschweißt sind.. Zwischen den. Glasringen, die dem Ring 25 zugeordnet
sind, ist eine ringförmige Stromzuführung 2o eingeschmolzen, die der Elektrode 22
zugeordnet ist. Die beiden Glasringe i und 3; welche dem unteren keramischen Rohr
23 zugeordnet sind, enthalten zwischen sich. eingeschmolzen einen zylindrischen
Ring 28, der in diesem. Fall jedoch nicht als Elektrodenzuführung ausgebildet ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel haben die beiden: keramischen Körper 1g und 23 und
beide Verschmelzungsringe i und 3 an allem; drei Stellen den vakuumdichten Abschluß
zu übernehmen.