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Elektrisches Entladungsgefäß, insbesondere kleine Elektronenröhre
mit Metallkolben, und Verfahren zu ihrer Herstellung Es sind elektrische Entladungsgefäße
mit Metallhülle bekanntgeworden, deren System auf einem Glaskörper gehaltert ist,
welcher -der Gefäßhülle angeschmolzen wird. Den Nachteil der frühzeitigen Glaserweichung
bei dieser Ausführung umgehen andere Konstruktionen, welche das System auf schwer
erweichbarem, insbesondere keramischem Material fixieren und demselben den Metallkolben
aufschmelzen. Wieder andere Ausführungen verwenden eine Halterung in oder auf Metallkörpern,
auf oder durch welche die Haltedrähte mit Glas befestigt oder durchgeführt sind.
Zur Verbindung derartiger Metallkörper mit der metallenen Gefäßhülle sind Löt- oder
Schweißverfahren erforderlich, welche die schon erkalteten Glasteile gefährden und
überdies eine wirtschaftliche Mengenherstellung in Frage stellen.
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Ins-besondere sind Elektronenröhren mit metallischem Außenzylinder
bekanntgeworden, bei der die übrigen Teile des Elektrodensy stems auf konzentrischen
Durchführungen befestigt sind, die zwischen den keramischen Teilen des Verschlußstückes
eingeschmolzen sind. Die keramischen Teile des Verschlußkörpers sind dabei nicht
mit denn Schmelzfluß überzogen. Bei derartigen Röhren mit Außenanode, aber auch
bei solchen, bei denendas Vakuumgefäß aus Keramik besteht, hat man das Verschlußstück
so ausgebildet, @daß die metallischen und
keramischen. Teile des
Vakuumgefäßes bündig liegen, jedoch sind auch hierbei die Verbindungsstelle, nicht
mit einem Schmelzfluß überzogen.
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Wenn bisher bei der Durchschmelzung von Elektrodenstützdrähten oder
Stromzuführungen durch die Hülle gläserner Vakuumgefäße im sogenannten Quetschfuß
überwiegenderweise von der Anordnung nach innen geschwungener Formen Gebrauch gemacht
wird, so geschieht dies unter dem Zwang, die schon erkaltete, vakuumdichte Schmelzdurchführung,
auf welcher gleichzeitig das Gefäßsystem oder Teile desselben befestigt sind, vor
einer erneuten, gefahrbringenden Erwärmung bei ihrem Einschmelzen in den Gefäßkolben
zu sichern. Man entfernt sich jedoch durch diese üblicherweise verwendeten oder
gar doppelt geschwungenen Quetschfuß- oder Einführungsrohrprofile weit von der idealen
und einfachsten Form einer vakuumdichten Durchführung, von der senkrechten Durchdringung
einer einfachen, vorzugsweise ebenen Materialfläche durch einen einfachen Draht,
und bewirkt bei der üblichen Ausführungsform unnützen Material- und Raumverbrauch
und damit Dimensionsvergrößerung.
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Für die Herstellung elektrischer Entladungsgefäße, insbesondere kleiner
Elektronenröhren mit Metallkolben, deren Valcuumverschluß aus einer aus keramischen
und metallischenTeilen zusammengesetzten, mit einem Schmelzfluß ganz oder teilweise
überzogenen Scheibe besteht; wird nach der Erfindung vorgeschlagen, die mit dem
Schmelzfluß überzogenen Verbindungsstellen der metallischen und keramischen Teile
des Verschlußkörpers so auszugestalten, daß die Teile des Verschlußkörpers annähernd
bündig liegen oder stetig ineinander übergehen.
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Bei geeigneter Ausbildung des unteren Gefäßkolbenrandes und Aufbringen
einer Metallschicht auf der Innenseite desselben kann mit der Metallscheibe zusammen
eine mit Glas übergießbare Fläche oder ein ausgießbarer, topfartiger Hohlkärper
gebildet werden, welcher über seine ganze Ausdehnung aus demselben öder überwiegend
aus demselben Material besteht und auf diese Weise sowohl das spannungsfreie Haften
der Glasschicht sichert und ihr Ausfließen über -die Dichtungsstelle verhindert
.als auch nie Verlegung aller, bei der Herstellung des nicht entlüfteten Gefäßes
zu dichtenden Stellen, n. h. Stromdurchführungen und Gefäßkol'benrand, in eine zu
überschmelzende, ringsum begrenzte, überwiegend ebene Fläche gestattet.
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Die Überschmelzung von Flächen verschiedener Materialien in vorzugsweise
einer Ebene ist nach angestellten Versuchen unter der Voraussetzung möglichst kontinuierlicher,
stufenloser Materialübergänge selbst bei Verwendung in den Wärmedehnungszahlen abweichender
Stoffe glastechnisch erheblich leichter beherrschbar und daher auch bei komplizierten
Materialprofilen leichter und rascher durchzuführen als das übliche stumpfe und
über-Tappende Aneinanderfügen oder das Aneinanderschmelzen solcher Körper in geschwungenen
Formen. Die Materialflächen können auch mit Unterbrechungen, Bohrungen, Löchern
od. dgl. versehen und diese mit Körpern aus einem anderen Material ausgefüllt sein,
sofern nur eine gemeinsame, möglichst ebene Oberfläche entsteht und die Teile aus
hinsichtlich der Wärmedehnungszahl verschiedenem Stoff bündig ineinandersitzen.
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Bei einer bevorzugten Anordnung ist das Röhrensystein auf einer schwer
erweichbaren, insbesondere keramischen Scheibe, die aus dielektrisch verlustarmem
Magnesiumsilikat besteht, aufgebaut. Buchsenartige Ansätze der keramischen Scheibe
durchdringen nie metallische Verschlußscheibe derart, daß Metall- und keramische
Teile eine gemeinsame Oberfläche bilden, durch die die Stromzuführungen hindurchgehen.
Diese letzteren, welche senkrecht durch die keramische Scheibe führen, sind ebenfalls
nach -dem Prinzip derFlächeiiüberschmelzung ausgebildet und an der Stelle ihres
Eintritts ins keramische Material im Querschnitt kontinuierlich derart erweitert,
daß ein auf die keramische Oberfläche auslaufender Rand entsteht. Der Metallteil,
ins welchen die halternde Isolierscheibe eingelassen. ist, wird mit dem Gefäßkolben
durch denselben, Schmelzfiuß vakuumdicht verbunden, welcher die Zuleitungen in den
Isolierbuchsen und diese selbst mit dem Metallteil des Vakuumverschlusses verschmilzt.
Es können auch verschiedene Schmelzflüsse, z. B. gläserne und metallische, verwendet
werden.
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Es hat sich gezeigt, daß, selbst wenn die keramischen Buchsen in der
Metallscheibe mit weiter Toleranz, j a geradezu ungenau sitzen, bei bündigen Oberflächen
der Teile untereinander und mit dem unteren Teil des Gefäßkolbens die Wärmedehnung
des entstandenen Kombinationskörpers eine andere ist als diejenige der Einzelteile
und daß die bei Temperaturänderungen auftretenden Druck- und Zugkräfte der stark
ausdehnenden Metallplatte in sehr weitem Maße von dem druckfesten keramischen Material
der Isolierscheibe aufgenommen werden und zwecks Erzielen einer spannungsfreien
Überschmelzung eine dichtende Glasschmelze infolge der glasentlastenden Wirkung
des keramischen Materials der resultierenden Wärmedehnung jener Materialkombination
angepaßt werden kann. Dies bringt den Vorteil; daß man bei dieser Anordnung sowohl
für,die Metallscheibe und den Metallkolben ohne weiteres ein Material wählen kann,
das infolge seiner hohen Wärmeausdehnung mit Glas im allgemeinen nicht haltbar überschmelzbar
ist, aber aus Gründen der Billigkeit und guten Bearbeitbarkeit oder aus anderen
Gründen wünschenswert wäre, z. B. Eisen oder Messing, als auch außerdem, daß man
für die Glasschmelze von dem früh erweichen, den, für Einschmelzungen üblicherweise
verwendeten teuren Bleiglas frei kommt und billige oder im Interesse höherer Erwärmbarkeit
schwer erweichbares Hartgläser verwenden kann. Selbst für die Stromzuführungen,
welche die Haltedrähte tragen oder mit diesen aus einem Stück bestehen und, mit
einem zugeschärften Bund versehen, durch die Isolierbuchse führen, kann Messing
verwendet i werden, so daßdaran anschließend auch noch die
Anschlußstücke
oder Steckerstifte mit aus einem Stück bestehen.
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Wird aus glastechnischen Gründen für die metallische Verschlußplatte
kein Messing oder Eisen verwendet, sondern aus diesen Metallen oder Legierungen
nur der Gefäßkolben gefertigt, so kann die den resultierenden Wärmedehnungswert
der A'bschlußscheibe, vergrößernde Wirkung des Kolben.ranides ausgeglichen werden
durch einen über den Gefäßrand geschobenen, mit seinem unteren Rand mit der Scheibe
ebenfalls bündigen Kompensationsring aus demselben Material, aus welchem der Metallteil
der Verschlußscheibe besteht. Bei einer solchen Ausführung durchdringt der zugeschärfte
oder bis zu einer extrem schwachen Wandstärke ausgearbeitete untere Rand des Gefäßkolbens
ringartig Verschlußscheibe und Kompensationsring bis zu deren gemeinsamer Oberfläche
und wird dort zusammen mit den anderen Materialflächen vakuumdicht überschmolzen.
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Zur Herstellung einer überschmelzbaren Dichtungsfläche kann der untere
Gefäßkolbenrand auch flanschartig verbreitert ausgebildet sein und selbst oder unter
Vermittlung eines Belages aus einem anderen Metall die Schmelzschicht tragen. Ein
ebenes Profil -der zu überschmelzenden Materialfläche ergibt besonders große Auskühlgeschwindigkeiten
für die spannungsfreie-Erkaltung des Glasschmelzflusses. Der Vorteil der Überdeckung
der keramischen Halterungsscheibe durch Metall besteht eben darin, daß bei derselben
Anordnung infolge der gegenüber Keramik rascheren Erhitzung des außenliegenden Metalls
das auf Metall liegende Glas viel schneller erweicht als auf Keramik und diese außerdem,
der thermischen Schutzwirkung des Metalls wegen, die Wärme langsam zugeführt erhält
und daher vor Temperatursteigerungen bewahrt bleibt, welche ihre Temperaturwechselbeständigkeit
übersteigen. Für die Gefäßherstellung wirkt sich dies derart aus, daß das Gefäß
bzw. sein Bodenteil geradezu stoßartig bis zur Erweichungstemperatur des Glases
erhitzt werden kann, ohne daß irgendein Material gefährdet wird. Genau dieselben
Verhältnisse liegen vor, wenn das Glas nicht auf dem Bodenverschluß geschmolzen,
sondern aufgegossen und zwecks Erzielung guter Glashaftung die zu überdeckende Materialfläche
vorgewärmt wird.
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Bei Verwendung geeigneter Metalle und Anwendung des beschriebenen.
Verfahrens der Flächenüberschmelzung kann ein danach hergestelltes, dicht verschmolzenes
Gefäß erheblich rascher abgekühlt werden als mit überschmolzener, rein keramischer
Bodenplatte und hält, in freier Luft erkaltet, sicher und spannungsfrei. Durch diesen
Umstand läßt sich die Mengenfertigung erheblich steigern.
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Werden die Halterungsdrähte und damit das System in der schwer erweichbaren
keramischen Scheibe mittels hochschmelzender Metallflüsse befestigt, so kann die
Erhitzung des Gefäßes, wie sie beispielsweise bei der Verwendung von Hartgläsern
für die Dichtungsschmelze erforderlich ist, erheblieh weiter getrieben werden, ohne
daß für das System auch nur die geringsten Verlagerungen auftreten. Die Anordnung
gestattet nun aber die Erweichung -des Schmelzflusses für die Haltedrähte und der
Dichtungsschmelze für den Vakuumverschluß in derselben Heizvorrichtung und in einem
Arbeitsvorgang. Werden wie bei den meisten üblichen Ausführungen Systembefestigung
und vakuumdichter Verschluß von ein und derselben Schmelze übernommen, so muß die
Gefäßerhitzung, z. B. bei der nachfolgenden Entgasung, infolge der beginnenden Glaserweichung
an Gefäßhülle und Verschlußkörper sehr frühzeitig unterbrochen werden, um Deformierungen
an diesen beiden und damit Lagenveränderungen der Haltedrähte auszuschließen. Die
Notwendigkeit, die Durchschmelzstelle, der Haltedrähte, wie bei der Quetschfußform,
durch eine nach innen geschwungene Form der Wärmewirkung zu entziehen, entfällt
somit bei der erfindungsgemäßen Anordnung. Ihr konstruktiver und fabrikatorischer
Vorteil besteht neben anderem darin, daß zum ganzen Aufbau des Gefäßes keinerlei
stoßempfindliches Glas verwendet wird, daß das erstere zu seinem vakuumdichten Abschluß
von Anfang an dem vollen Betrag der zuzuführenden Schmelzwärme ausgesetzt werden
kann und zu seiner Verschmelzung an Stelle komplizierter, teurer Maschinen ein einfacher
Glasguß- oder Glasaufschmelzprozeß im ruhenden Zustand des Gefäßes dient.
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In der Zeichnung sind in schematischer Darstellung verschiedene Ausführungsformen
der Anordnung veranschaulicht.
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Abb. i ist ein Schnitt durch eine vakuumdichte Durchführung, welcher
die doppelte Durchdringung der glasüberschmolzenen Metallschicht oder Metallplatte
durch ein keramisches Isolierröhrchen und eine in demselben liegende, an der Dichtungsstelle
flanschartig erweiterte metallene Einschmelzbuchse zeigt, durch welche ein Zuleitungsdraht
führt. Die Metallplatte ist mit 5 bezeichnet, in welcher die Isolierbuchse 6 eingelassen
ist, welche die Ein, schmelzbuchse 7 mit dem Zuleitungsdraht 8 in sich aufnimmt.
9 ist die zu überdeckende Glasschicht.
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Abb. 2 zeigt einen unteren Gefäßteil, auf dessen Metallverschluß im
Gefäßinnern eine keramische, das System tragende Isolierschicht liegt, deren Augen
den Gefäßverschluß durchdringen. In der Abb.2 ist io die metallische Verschlußplatte,
auf welcher die keramische Tragschicht i i mit den Augen 12 liegt. Der Glasfuß 13
ist in den Hohlkörper eingebracht, welcher vom Rand 1q. des Gefäßkolbens und der
Metallplatte io gebildet wird.
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In Abb. 3 ist eine Durchführung nach Abb. i dargestellt, die eine
an ihrer Auflagefläche auf die anderen Werkstoffe kontinuierlich auslaufende Einschmelzbuchse
15 trägt, die vorwiegend aus demselben Metall besteht wie die Verschlußplatte i6.
Die Einschmelz#buchse 15 hat ein bei 17 scharf auslaufendes Querschnittprofil und
trägt an ihrem unteren Rand den Steckerstift 18 bzw. einen Haltedraht; dieser wird
durch den Glasschmelzfluß i9 mit befestigt.
Inn Abb. 4 bildet die
Einschmelzbuchse mit dem Steckerstift einen Körper 2o, in welchem der Haltedraht
2,1 befestigt äst. Da für die Profilierung der Buchse das Prinzip :der Flächenüberschmelzung
angewendet ist, kenne sie selbst wie die üblichen Steckerstifte aus einer einfachen
Messinglegierung oder aus Eisen bestehen.
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Abb. 5 zeigt eine Esnschmelzhuch.se 2:2, die in der Isolierbuchse
23 sitzt und an einem Ende eine Bohrung 24 zur Aufnahmeeines Steckerstiftes hat.
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Abb. 6 stellt einen Schnitt :durch ein Gefäßunterteil :dar und zeigt
bei fast gleichen Scheibenstärken die Kombination der keramischen Tragscheibe mit
der glasüberschmolzenen Metallplatte. Die: Glasschicht verschmilzt Verschluß- und
keramische Tragplatte sowie Einschmelzbuchsen miteinander. 25 ist der Metallteil
des Vakuumverschlusses; in welchen die keramische Tragplatte 26 mit ihren Augen
27 ragt. Die Einschmelzbuchsen 28 ruhen mit ihrem Bund 29 auf den Augen der Tragscheibe
-und sind mit diesen durch .den Glasfluß 30 fixiert.
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Abb. 7 zeigt einen Gefäßkolben; 32, :dessen Rand 3 i lediglich angeschärft
ist, so daß von der Metallplatte 33 mit den Augen der Tragscheibe 34 und :dem Gefäßkolbenrand
31 eine annähernd ebene Fläche gebildet wird, was zur Verhinderung eines Ausfließens@
der Schmelzmasse in fast allen Fällen genügt.
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Abb. 8 veranschaulicht eine Flächenüberschmelzung dreier verschiedener
Werkstoffein einem Fall, wo der Gefäßkolben aus mit Glas normalerweise nicht überschmelzbarem
Metall, z. B. Eisen oder Messing, besteht. Der Gefäßkalben zeigt eine ringförmige
Unterbrechung der zu überschmelzenden Fläche d urch den hier dünnwandigen Gefäßko:lbenrarnd,
überweichen noch einAusgleichsringaus demselben oder einem anderen ähnlichen Metall
geschoben ist, aus welchem die metallene Verschlußplatte besteht. Mit der Abschlußplatte
35 ist die Tragscheibe 36 durch den Metallschmelzfluß 37 verbunden. Der bei 38 dünnwandige
Gefäßkolbenrand ist bei 39 bündig mit den anderen. Werkstoffflächen des metallenen
Ausgleichsringes 40. Der Gläsfluß zur Befestigung der Einschmelzbuchse in,der Tragscheibe
ist mit 41 bezeichnet.
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In Abb. 9 ist eine Metalleinschmelzung einer Einschmelzbuchse in die
Tragscheibe :dargestellt, wobei zu dieser Einschmelzung dieselbe Wärmequelle dient,
welche die Dichtungsschmelze erweicht, und zwar auf derselben Seite der Tragscheibe
wie diese. Der Metallteil des Vakuumverschlusses 44 ist von dem Auge 45 der
Tragscheibe 46 d urchdrurngen. Mit dem Auge 45 ist die Einschmelzbuchse 47 :durch
den Metallschmelzfluß 48 verschmolzen. Die Einschmelzbuchse 47 ragt über die Tragscheibe
46 hinaus> und trägt in; ihrer Bohrung eine Ha@ltcöse 49, deren Flansch auf dien
Auge der Tragscheibe sitzt und die zur, Befestigung dese--Halt@ed;rahttees 51 dient,
der bei 5o m;it. der Halteöse 49 verklemmt isst. Durch den Flansch der Haltte5seee
49 ist die Einsdhmelzbuchsei schon vor Gier Erweichung Beis Metallflusses, in der
Tragscheibe befestigte. Die Abb. io zeigt eine solche Halteöse aus Nickel oder einem
ähnlichen Metall.
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Die Abb. ii zeigt eine Ausführung, bei der die metallene Verschl!ußplatate
durch einen Metallbelag 57 auf der keramisichan Tragscheibe 56 ersetzt ist. Dieser
Belag wird auf den isolierenden Objrfl.'ächen der Tragscheibenaugen 58 vor Gern.
Einführern, der Einschmelzbuchsen durch Abschleifen beseitigt. Die Innenseite .des
unteren Kolbenrandes ist bei 59 mit einem ebenisolchen Metallbelag überzogene, um
die Glashaftunig auf dem Kolbenrand zu siirheirni. 6o ist :ein radial verlaufendes
Anschlußstück von rechteckigein Profil.