DE906595C

DE906595C - Vakuumdichte Verschmelzung

Info

Publication number: DE906595C
Application number: DES7304D
Authority: DE
Inventors: Dr Adam Hermann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1941-10-29
Filing date: 1941-10-29
Publication date: 1954-03-15

Description

Vakuumdichte Verschmelzung Die Erfindung betrifft eine vakuumdichte Verschmelzung zwischen einem Stab oder Rohr aus Metall und einem den Stab oder das Rohr umschließenden zylinderförmigen Metallteil. Derartige Verschmelzungen kommen häufig beim Bau von elektrischen Entladungsröhren vor. Bei diesen handelt es sich darum, einen als Stromzuleitung dienenden stabförmigen oder rohrförmigen Metallkörper mit Hilfe von Glas oder einer glasartigen Masse, z. B. überbrannter Keramik, in einen zylindrischen Wandungsteil einzuschmelzen. In diesem Zusammenhang ist es bekannt, den zur Verschmelzung dienenden Glaskörper pfropfen- oder scheibenförmig auszuführen und den eingeschmolzenen Leiter aus einem Werkstoff herzustellen, dessen Ausdehnungskoeffizient mit dem des Einschmelzglases nahezu übereinstimmt. Der den Leiter umschließende Wandungsteil wird aus einem Werkstoff mit einem höheren Ausdehnungskoeffizienten verfertigt, so daß sich beim Abkühlen der Verschmelzung infolge der stärkeren Zusammenziehung des äußeren Wandungsteiles eine Druckbeanspruchung des Glaskörpers ergibt, während die gefährliche Zugbeanspruchung vermieden wird.
Wenn auch derartige Einschmelzungen zahlreichen Anforderungen, insbesondere den mechanischen Festigkeitsbedingungen im. vollen Umfange entsprechen, so sind doch in manchen Fällen gewisse Nachteile vorhanden. Die Einschmelzlegierungen, die man zur Herstellung des Leiters verwendet, sind verhältnismäßig selten und teuer, auch ist die elektrische Leitfähigkeit dieser Einschmelzlegierungen verhältnismüßig- schlecht. Der Erfinder hat sich nun die Aufgabe gestellt, eine Einechmelzüng zu schaffen, die alle Vorteile der oben beschriebenen besitzt, bei der man aber mit unlegierten Werkstoffen auskommt und die für sehr hohe Strombelastungen des eingeschmolzenen Leiters geeignet ist. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der eingeschmolzene Leiter aus einem unlegierten Metall hergestellt wird, dessen Ausdehnungskoeffizient von dem des zur Einschmelzung dienenden Glases oder glasartigen Materials erheblich abweicht, und daß die Dicke des zylindrischen (rohrförmigen) Körpers und damit der Außendruck so groß gewählt wird, daß in dem Verschmelzungsmaterial keine Zugspannungen auftreten können oder nur solche, die die Zugspannungsfestigkeit des Verschmelzungsmaterials nicht überschreiten. Man pflegte bisher bei elektrischen Entladungsgefäßen, bei denen die eingangs beschriebene Druckeinschmelzung verwendet wird, die Wandstärke an der Einschmelzstelle genau so groß zu machen wie an den übrigen Wandungsteilen. Bei solchen Entladungsgefäßen war es stets notwendig, die Einschmelzstäbe -aus einem Material herzustellen, dessen Ausdehnungskoeffizient dem des Glases oder glasähnlichen Materials entsprach, da sonst im Glas gefährliche Zugspannungen auftraten bz«-. die Einschmelzung zerstört wurde. 11an war daher immer an die Verwendung von Einschmelzlegierungen für die Herstellung . des Stab- oder rohrförmigen Leiters bzw. der eingeschmolzenen Leiter gebunden. Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, daß man durchaus ohne die Verwendung von Einschmelzmaterial für den oder die Leiter auskommen kann, wenn man den die Einschmelzstellen umschließenden Wandungsteil entsprechend dimensioniert. Eine Einschmelzung der beschriebenen Art ist in der Fig. i schematisch dargestellt. In dieser bedeutet i einen eingeschmolzenen Metallstab, 2 den zylindrischen Wandungsteil, 3 den Einschmelzglaskörper. Mit r1 ist der Radius des Einschmelzstabes, mit r., der Innenradius, mit r3 der Außenradius des zylindrischen Wandungsteiles 2 bezeichnet. Aus einer Rechnung ergibt sich, daß bei Verwendung des gleichen Metalls für die Teile z und :2 gerade keine Zugspannungen mehr in dem Glaskörper auftreten, wenn das Verhältnis ist. In diesem Ausdruck bedeutet E, den Elastizitätsmodul des Glases, E; den Elastizitätsmodul des Metalls, aus dem der Wandungsteil 2 besteht. Der angegebene kritische Wert für das Radienverhältnis darf nur so weit unterschritten werden, daß sich keine gefährliche Zugspannung im Glas ergibt. Der Wert von (r./r,) kann praktisch beispielsweise 5 °/o unter dem angegebenen liegen- ohne daß die Gefahr eines Bruches der -Verschmelzung eintritt.
Die oben angegebene Beziehung gilt für den Fall, daß die Körper i und 2 aus dem gleichen Metall bestehen. Sind die leiden Metalle verschieden, dann ist es notwendig, die Dicke des Wandungsteiles 2 je nach den gewählten Metallen etwas größer oder kleiner zu machen. Auf alle Fälle läßt sich aber durch entsprechende Verstärkung des Wandungsteiles 2 immer das gewünschte Ergebnis erzielen, das darin besteht, daß der Einschmelzkörper zugspannungsfrei wird oder nur ungefährlichen Zugspannungen ausgesetzt ist.
In praktischen Fällen wird man den eingeschmolzenen Leiter i und den Wandungsteil 2 in der Regel aus dem gleichen Metall herstellen. Als solches eignet sich z. B. Eisen oder Kupfer. Die Verwendung solcher Metalle hat den besonderen Vorteil; daß man überhaupt keine Legierungen zu verwenden braucht, in denen teils teuere, teils seltene Werkstoffe enthalten sind und die manchmal auch ziemlich schwer zu bearbeiten sind. Vor allem aber ist ein besonderer Vorteil darin zu erblicken. daß man durch die angegebene Dimensionierung der Teile für den Leiter Werkstoffe verwenden kann' deren Leitfähigkeit ein -Mehrfaches von der der Einschmelzmetalle beträgt. So kann man z. B. den Einschmelzstab i aus Eisen herstellen, dessen Leitfähigkeit 4.- bis 6mal so groß ist als beispielsweise die- der üblichen Eisen-Molybdän-Kobalt-Einschmelzlegierungen.
Die Stärke des Wandungsteiles 2 beträgt in praktischen Fällen durchschnittlich 2o bis 300/0 des Außendurchmessers dieses Wandungsteiles. Man kann diesen' Wandungsteil entweder massiv ausführen, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist (bei dem Rohr nach dieser Figur ist der Einschmelzstab i in einen verstärkten Wandungsteil 4. eingeschmolzen, während die übrigen Teile der Gefäßwand eine kleinere Dicke aufweisen als der Wandüngsteil q.), man kann aber auch statt dessen .der Wandung des Vakuumraumes an der Einschmelzstelle dieselbe Stärke geben wie an den übrigen Stellen (s. Fig: 3), dafür aber an der Verschmelzungsstelle einen Schrumpfring 5 auf den Wandungsteil 6 aufziehen. Wenn der Wandungsteil6 dünn ist, kann man das Problem so behandeln, als wenn dieser Teil überhaupt nicht vorhanden wäre, sondern bloß der Schrumpfring 5. Der Schrumpfring kann aus dem gleichen Material wie der Wandungsteil 6 oder auch aus einem anderen, z. B. härteren Material bestehen. So wird die Wand z. B. aus Kupfer, der Schrumpfring 5 aber aus Eisen hergestellt.
Im folgenden wird noch ein praktisches Beispiel für eine Verschmelzung nach der Erfindung gegeben. Der Einschmelzstab und der Wandungstei12 bestehen beispielsweise aus Eisen, dessen Ausdehnungskoeffizient etwa 16o - io-7 ist. Das zur Einschmelzung verwendete Glas kann beispielsweise einen Ausdehnungskoeffizienten von So bis 9o - io-7 aufweisen. Der Ausdehnungskoeffizient des Einschmelzstabes i weicht also von dem des Glases beträchtlich nach oben ab; dennoch kommt eine Druckeinschmelzung zustande, wenn man die Dicke des Außenringes 2 beispielsweise mit 25'/o seines Außendurchmessers wählt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Vakuumdichte Verschmelzung zwischen einem Stab oder Rohr aus Metall und einem den Stab oder das Rohr umschließenden, vorzugsweise zylindrischen metallischen Wandungsteil mit Hilfe eines scheiben- oder pfropfenartigen Körpers aus Glas oder glasartigem Werkstoff (bzw. Keramik), dadurch gekennzeichnet, daß der eingeschmolzene Stab bzw. das Rohr aus einem Werkstoff besteht, dessen Ausdehnungskoeffizient erheblich größer ist als der des Einschmelzmaterials, und daß die Dicke des aus einem Werkstoff von größerem Ausdehnungskoeffizienten als das Einschmelzglas bestehenden äußeren Wandungsteiles so groß gewählt ist, däß im Einschmelzkörper keine Zugspannungen entstehen oder nur solche, welche die Zugfestigkeit des Verschmelzungsmaterials nicht überschreiten.
2. Verschmelzung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der zylindrische Wandungsteil als auch der eingeschmolzene Stab (das Rohr) aus dem gleichen Werkstoff, z. B. Eisen oder Kupfer, bestehen.
3. Verschmelzung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Innenradius zum Außenradius des zylindrischen Wandungsteiles gleich oder höchstens um 5% kleiner ist als wobei E2 den Elastizitätsmodul des Glases, E3 den Elastizitätsmodul des Außenmetalls bedeutet. q..
Verschmelzung nach Anspruch i, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Verschmelzungsstelle über einen dünneren, mit der übrigen Gefäßwand im Zusammenhang stehenden Wandungsteil ein Schrumpfring geschoben ist, derart, daß sich an der Verschmelzungsstelle die notwendige Gesamtwandstärke ergibt.
5. Verschmelzung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des zylindrischen Wandungsteiles etwa 2o bis 30% des Außendurchmessers dieses Wandungsteiles beträgt.
6. Entladungsröhre mit einer Verschmelzung nach Anspruch i und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gefäßwand an der Verschmelzungsstelle im Verhältnis zu den übrigen Wandungsteilen verdickt ist.