-
Verfahren zum vakuumdichten Abschließen elektrischer Entladungsgefäße
Es ist bekannt, den Vakuumverschluß elektrischer Entladungsgefäße durch. Verschmelzen,
Verschweißen oder Verlöten eines Gefäßteiles mit einem anderen oder durch Niederschmelzen
eines bei Zimmertemperatur starren und erst bei höherer Temperatur unter Erweichung
sich mit der Dichtunigsstelle verbindenden Dichtungs- oder Verschlußmittels herzustellen.
Notwendige Voraussetzung hierfür ist stets eine mehr oder minder starke Erwärmung
:der Dichtungsstelle, welche sich, afhgesehen von dem hierfür erforderlichen Energieaufwand.
auf das ganze Gefäß ausdehnt und das System gefährdet. Wird :der Vakuumabschluß
durch Verschmelzen oder Aufschmelzen eines sich im vorgeformten Zustand` befindlichen
Dichtungsmittels, beispielsweise einer auf einem Isolierkärper zuvor aufgeschmolzenen
Glasscheibe auf den Kolben eines metallischen Entladungsgefäßes bewirkt, so muß
diese vor dem eigentlichen Schmelz- bzw. Abschlußprozeß unter großem Zeit-und damit
im Fabrikationsfall Kostenaufwand im allgemeinen zweimal auf ihre Transformationst.emperatur
vorgewärmt werden. Vorwärmung und Verschmelzung erfolgen meistens durch zwei verschiedene,
nacheinander wirkende Wärmequellen, welche die Herstellung komplizieren und damit
verteuern. Die Herstellung des mit einem Glasteil zu versehenden Systemträgers,
des sogenannten Tragkörpers, erfordert eine besondere Vorrichtung in einem besonderen
Arbeitsgang und das Durchschmelzen
der Stromzuführungen einen weiteren
Zeitaufwand. Ein ebensolcher ist nötig zur Auskühlung des fertigen Tragkörpers,
der erst jetzt mit dem System versehen werden kann, um vor seiner endgültigen Einschmelzung
in: den Gefäßkolben erst noch einmal langsam vorgewärmt werden zu müssen. Eine innige,
thermischen und mechanischen Beanspruchungen widerstehende! Glashaftung bedingt
aber eine vom Erweichungspunkt des verwendeten Glases abhängige Mindesttemperatur
des zu überschmelzenden Metallteiles, welche beim Schmelzprozeß, selbst bei Verwendung
der üblichen weichen Bleigläser mindestens helle Rotglut, d. h. im allgemeinen nicht
unter 8oo° C aufweisen rnuß.
-
Könnte .diese unerwünscht hohe Temperatur auch gesenkt werden durch
den Gebrauch noch weicherer Gläser, so steigen damit die Schwierigkeiten bei der
Tragkörperherstellung deshalb, weil in der erforderlichen Vorrichtung die auf den
Isolierkörper aufzuschmelzende Glasscheibe unter den gleichen Bedingungen um so
schwerer plan bleibt, je leichter sie erweicht. Nicht weniger schwierig gestaltet
sich ein Aufpressen oder ein ähnliches Verfahren bei einem derartig weichen Glas.
-
Bei allen Vorteilen, welche die Aufschmelzung leicht erweichender
Gläser oder ähnlicher Dichtungsmittel auf den Isolierkörper und das Metallgefäß
hinsichtlich der Temperaturerniedrigung selbst und der damit verbundenen Ersparnisse;
viel mehr aber noch der Temperaturwechselbeständigkeit; Haltbarkeit und thermischen
Belastbarkeit der damit hergestellten Auf- oder Verschmelzung wegen bietet, besteht
für die Schmelzpunkterniedrigung ,des der Dichtung ,dienenden Glases eine Grenze
bei den erwähnten, bei der Tragkörperherstellung auftretenden Schwierigkeiten. Entfällt
diese Grenze in der Weise, daß der überwiegend aus keramischem Werkstoff bestehende
systemtragende Isolierkörper vor seiner Verbindung mit. .dem Gefäßkolben kein vorgeformtes
oder überhaupt kein Dichtungsmittel, d. h. keine Glasscheibe oder kein Glas trägt,
so muß dieses nach der Systemmontage auf dem dichtungsmittelfreien Isolierkörper
auf diesen und den metallischen Gefäßflansch gemeinsam und gleichzeitig aufgebracht
werden und kann von diesem Gesichtspunkt aus fast unbegrenzt weich sein.
-
Bleibt die Betriebstemperatur der Dichtungsstelle durch besondere,
insbesondere konstruktive Maßnahmen genügend weit unter dem Erweichungspunkt des
Glases, so steht der Verwenidung weichster Gläser nichts mehr im Weg. Der Vorteil
derart weicher Gläser für die Abdichtung des Gefäßes besteht erstens in der Herabsetzung
der für die Glashaftung nötigen Metalltemperatur, welche die für die übliche Glasverschmelzung
erforderliche Höhe, die Glühhitze, bei weitem nicht zu erreichen braucht und das
System ohne Anwendung von Kühlmitteln ungefährdet läßt. Dies tritt besonders in
Erscheinung, wenn das Gefäß oder d!ie Dichtungsstelle aus einer schon bei relativ
niederer Temperatur leicht oxydierenden, aber dann nicht mehr weiter oxydierenden
und die Glashaftung aus, diesem Grund fördernden CrFe-Legierung mit über etwa 15
1/o Cr-Gehalt besteht. Hat. das Glas außerdem die Eigenschaft, das schon: bei niederer
Temperatur sich bildende Oxyd einer solchen Legierung zu lösen, so braucht der Metallteil
des Gefäßes nur noch ganz schwach, d'. h. höchstens auf etwa 4o '/o der für Glasverschmelzungen
nötigen Temperatur erwärmt zu werden, um dieselbe innige und sichere Glashaftung
und gasdichte Verbindung zu gewährleisten wie ein Aufschmelzprozeß.
-
Zweitens läßt sich durch die erzielte Vereinfachung das Herstellungsverfahren
erheblich verbilligen und -durch die für den Abschlußprozeß erreichbare geringe
Zeitdauer die Mengenherstellung in kaum überbietbarer Weise steigern.
-
Erfindungsgemäß wird nun die Aufbringung des Glases dadurch ermöglicht,
seine Haftung auf der Dichtungsstelle gesteigert sowie gleichzeitig die dazu nötigeMetalltemperatur
noch erheblichweiterreduziert und ein voller Arbeitsgang dadurch eingespart, daß
auf die vorzugsweise waagerechte Dichtungsstelle Glas in geschmolzenem Zustand unter
Druck aus einer Düse im Strahl austretend aufgebracht wird. Zu diesem Zweck wird
das Glas in einem geeigneten tiegelartigen Gefäß niedergeschmolzen und durch Temperatursteigerung
in dünnflüssigen Zustand gebracht oder schon seine Bestandteile in dieses Gefäß
eingeführt und erst in ihm das Glas daraus erschmolzen. Seine Zusammensetzung ist
so beschaffen, -daß die Dünnflüssigkeit schon bei sehr niederen Temperaturen erreicht
wird. Im Boden des Schmelzgefäßes ist eine vom Flüssigkeitsniveau stets überdeckte,
in Form einer auswechselbaren feinen Düse mit kleinem Austrittsquerschnitt senkrecht
nach unten auf die Dichtungsstelle führende Öffnung vorgesehen, durch welche das
Glas in zähviskosem Zustand noch nicht in ,durch Temperatursteigerung bewirktem
dünnflüssigem Zustand, aber tropfenweise austreten kann. Dies wird verhindert und
die Düse nach Bedarf abgesperrt durch Erzeugung eines Unterdruckes über der Oberflächendes
flüssigen Glases im Schmelztiegel. Durch eine geeignete, naheliegernderweise selbsttätig
wirkende und im Rhythmus der unter die 'Düse tretenden, abzuschliießenden Gefäße
gesteuerten Umschaltvorrichtung wird nun dieses Vakuum über dem Glas kurzzeitig
und stoßartig unterbrochen bzw. für die Zeit dies Verschlüßprozesses ersetzt durch
einen ebenfalls von außen zugeführten Überdruck, welcher das flüssige Glas durch
die entsprechend geformte Düse unter hoher Geschwindigkeit und in feinverteilter
Menge auf das abzuschließende Gefäß aufspritzt. Durch geeignete Wahl des Düsenprofils
und/oder Anordnung von Nadeln oder Spitmn kann auch eine Zerstäubung des Glases
erzielt Zverden und die i Halterung der Zerstäuberorgane gleichzeitig zur Abdeckung
der Stromzuführungen dienen. Wird durch geeignete Abgleichung von Düsenprofil, Überdruck
und Viskositätsgrad des Glases sowie Einstellung eines entsprechenden Abstandes
zwischen Düse und Dichtungsstelle eine genügend hohe
Auftreffgeschw
indigkeit des Glases auf der letzteren erzielt, so haftet das aufgespritzte und
seiner Zusammensetzung entsprechend sehr rasch erstarrende Glas, insbesondere bei
Verwendung der erwähnten günstig oxydierenden CrFe-Legierungen als Unterlage, schon
auf ganz wenig erwärmten Metallflanschen des Gefäßes so innig wie bei einem üblichen
Aufschmelzprozeß auf ,stark oxydiertem, glühendem Gefäßmetall. Die erforderliche
geringe Metallerwärmung erfolgt ohne Zeitverlust im Gegensatz zu den langdauernden
Vorwärmeprozessen stoßartig erst wenige Augenblicke vor dem eigentlichen Verschlußprozeß
zweckmäßig durch die Einwirkung hochfrequenter Wirbelströme. Der keramische Teil
der Unterlage braucht indessen infolge der Rauhigkeit seiner Oberfläche und seiner
Porosität praktisch überhaupt nicht erwärmt zu werden. Es ist sehr einfach, bei
einer Mengenherstellung die Dosierung der Spritzmenge durch Einstellung der Zeitdauer
der Überdruckwirkung unter Konstant.halten der Höhe desselben zu bewirken.
-
Man erreicht durch das erfindungsgemäße Verfahren eine jede Vorwärmu.ng
entbehrende, ungewöhnlich rasche und zuverlässige, insbesondere aber hochbelastbare
Abdichtung .elektrischer Entladungsgefäße ohne komplizierte Vorrichtungen und zeitraubende
vorbereitende Arbeitsgänge und kann das System schon unmittelbar auf dem schwer
erweichenden, die Stromzuführungen eventuell bereits eingesintert tragenden Isolierkörper
allein aufbauen, ohne daß derselbe irgendein Dichtungsmittel oder einen Glasteil
trägt. Der ganze Arbeitsgang der eigentlichen Tragkörperherstellung mit. vorgeformtem
Verschlußmittel entfällt ebenso wie dessen Einpassen in das metallische Entladungsgefäß.
Dadurch ist der Abschlußprozeß des Gefäßes auf einen einzigen, keinerlei zeitraubende
Vorbereitung, wie Vorwärmung usw., erfordernden, in wenigen Augenblicken beendeten
und für eine laufende Mengenherstellung geradezu vorbestimmten Arbeitsgang zurückgeführt
und außerdem infolge der Verwendung schon bei sehr niederer Temperatur plastischer
Gläser auf .diese Weise eine sehr schnelle Fertigung rasch und hoch belastbarer
Entladungsgefäße möglich.
-
Die Zeichnung veranschaulicht, zum Teil schematisch, die Vorrichtung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
In der Figur bedeutet i das mit Massen 2 und Kühlrippen 3 versehene
tiegelartige Schmelzgefäß, welches an seinem unteren Ende 4 die Spritzdüse 5 trägt.
Das von; oben eingebrachte Glas 6 wird mit Hilfe der elektrischen, Heizung 7, welche
die Wärme vorzugsweise dem unteren Schmelztiegelende zuführt und nach außen -durch
geeignete Isoliermittel 8 abgedeckt ist, bis zur Dünnflüssigkeit erweicht. Kurzschlüsse
in dieser Heizung, hervorgerufen durch den möglicherweise metallischen Tiegelmantel,
werden durch Anordnung dünner Asbestlagen 9 unterbunden. Besonders stark gekühlt
wird der beheizte Tiegel an seinem oberen Ende mit Hilfe des. wasserdurchströmten,
zylindrischen Kühlgefäßes io. Dadurch ist es möglich, die obere Füllöffnung des
Schmelztiegels durch den fettgedichteten Konus i i gegen den beü 13 eintretenden
Überdruck sowohl als vakuumdicht abzuschließen. Der Sicherung des koniGchenAbschlußstopfens,
i i gegen Überdruck dient der .Bajonettverschluß 14 und der Beobachtung des geschmolzenen
Glases das luftdicht eingekittete Fenster 12.
-
Die Höhe des auslaufverhindernden Vakuums im Raum 15 über dem erweichten
Glas, erzeugt durch eine Vakuumpumpe3o mit parallel liegendem Vorratsgefäß 31, wird
eingestellt durch den Hahn 16 und das mit feiner Luftöffnung versehene Ventil 17.
Der vom Kompressor 18 erzeugte Überdruck wird eingestellt mit Hilfe des Hahns ig
und des Feinreg-elventils:2o und gelangt durch das Steuerventil 21 periodisch in
den Tiegel. Mit 22 ist ein der Druckleitung parallel liegendes Vorratsgefäß bezeichnet.