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Glas -Metall -Verschmelzungen Die Erdung befalät sich mit Glas-Metall-Verschmelzungen
und besonders mit verbesserten Methoden und Mitteln zur vakuumdichten Verbindung
vom Glas- und Metallteilen.
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Glas-Metall-Verschmelzungen werden dadurch hergestellt, daß zuerst
die Metalloberfläche, die mit dem Glas verbunden werden soll, mit einer dünnen,
festhaftenden und undurchdringlichen Metalloxydschicht versehen und dann das Glas
auf Schmelztemperatur erhitzt wird. Eine Oxydation über die Schmelzstelle hinaus
ist unnötig und gewöhnlich unerwünscht.
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Die Artoder Zusammensetzung des Metalls ist gewöhnlich nicht wichtig,
ausgenommen, daß die Ausdehnungseigenschaften desselben angenähert denen des Glases
sind, :mit welchem es verbunden werden soll. Im Idealfall wird nur die Oberfläche
des Glases bis zum Flüssigwerden erhitzt und dann so lange gegen das Metalloxyd
gedrückt, bis genug Teile des Metalloxyds sich im Oxyd des Glases gelöst haben.
Das Glas, an welchem der chemische Austausch nicht stattfindet, muß nur plastisch
genug sein, um sich dem Metall anzupassen, wenn die Teile zusammengefügt werden.
Bei der Herstellung von zusammengesetzten Glas-Metall-Teilen, wie z. B. Hüllen für
elektrische Entladungsgefäße, ist es wünschenswert, die Verdrehung des Glases in
der Nähe der Schmelzstelle zu verhindern. Ebenso wünschenswert ist es, die Oxydation
des Metalls während des Heiz- und Verschmelzungsprozesses auf ein Minimum zu reduzieren.
Bei der Gasflamme als Heizquelle isst es schwierig, die erhitzte Stell: zu lokalisieren.
Erweichungen und Verdrehungen des Glases über die Schmelzstelle hinaus sind daher
oft
das Resultat. Geringe Hitze kann dem Glas der Verschmelzungsstelle durch Hochfrequenzstrom
zugeführt werden. Diaher ist diese Art von Heizung die meist verwendete.
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Gemäß einem Merkmal dieser Erfindung werden verbesserte Methoden,
und Mittel vorgeschlagen, um die Hitze auf die Schmelzstelle des Glases und die
Metallbeile, die damit verbunden werden sollen, zu lokalisieren. Ein anderes Merkmal
dieser Erfindung schlägt Methoden und Mittel zur raschen Erhitzung und zur Kontrolle
der Glas- und Metalltemperaturen der Glas-Metall-Verschmelzung unmittelbar vor der
Verbindung der Teile vor, um eine Verdrehung des Glases zu verhindern. Die obenerwähn.ten
und andere Merkmale dieser Erfindung sollen durch die nachfolgende Beschreibung
an Hand .der Zeichnungen klarer erläutert werden. In den Fig. i bis 6 sind Ausführungsbeispiele
der Erfindung beschrieben.
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Fg. i zeigt die Ansicht, teilweise im Schnitt, einer zusammengesetzten
Metall-Glas-Hülle; die Metall-Glas-Verschmelzungen sind mach den Methoden dieser
Erfindung niiteinem Minimum an manueller Arbeit ausgeführt; Fig. 2 und 3 zeigen
Ansichten von Vergchmelzapparaturen gemäß vorliegender Erfindung; Fig. ¢ ist ein
Schnitt der Fig. 3 längs der Linie 4-4; Fig. 5 zeigt eine Glocke im Schnitt in Verbindung
mit der Verschmelzapparatur der Fig. 3 und 4; Fig.6 gibt eine Metallscheiben-Glas-Verbindung
gemäß vorliegender Erfindung wieder.
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Die hier zur Illustration der Erfindung gewählte Glas-Metall-Verbindung
ist die Hülle .eines elektrischen Entladungsgefäßes vom Sendertyp und umfaßt, wie
,aus Fig. i hervorgeht, eine Metallanode r, die durch den Glaskolben 2 verschlossen
ist. Alle Elektroeden innerhalb der Hülle sind absichtlich zwecks besserer Übersicht
in der Zeichnung weggelassen. Der Kalben ist an einem Ende mit dem Rann 5 der Anode
und am ,anderen. Ende mit einer Anzahl von Ausführungsstiften 3 verschmolzen. Ein
Gitteranschluß in der Form einer -ringförmigen Scheibe 4 ist konzentrisch mit der
Wand der Röhre verschmolzen. Es sind daher in diesen Ausführungs; Beispielen drei
Typen von. Verschmelzungen gezeigt, und zwar die Verschmelzung mit dem Anodenring
5, die Verschmelzung mit den Zuführungsstiften 3 und die Verschmelzungen. mit der
Gitterausführung 4. Jede dieser Verschmelzungen ist nach Methoden dieser Erfindung
ausgeführt. Andere Arten und Formen von Verschmelzungen und Verschmelzungen für
:andere Zwecke als für Hüllen von elektrischen Entladungsröhren werden dem Fachmann
an Hand der Beschreibung klar werden. Da das bevorzugte Anodenmetall Kupfer ist,
wird zuerst an die Anode i ,ein Ring oder Zylinder 5 aus einem Metall, dessen Ausdehnungseigenschaften
mit der des Glases übereinstimmen, hart angelötet. Mit dem für Senderöhren nötigen,
relativ harten Glas wird größtenteils eine Legierung mit niedtigern Wärmeausdehnungskoeffizienten,
bestehend aus 27 oio Ni, 19 0'o Co, Rest Fe bzw. aus 26 0./o Ni, 23
N Co, Rest Fe, benutzt. Der Zylinder 5 ist gezogen oder auf andere Art so geformt,
daß, sich die zwei Enden, desselben den gewünschten Durchmessern der Anode und des
Kolbens anpassen. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, wird der Kolbenteil 2a durch die Platte
6 getragen und durch den Flansch 7 zentriert. Die Platte 6 ist sauf der vertikalen
Säule 8 befestigt und diese ihrerseits mit einem Motor> welcher sich während der
Verschmelzungsoperation langsam dreht, verbunden. Die Säule 8 erstreckt sich über
die Platte 6 hinaus und ist mit seitlichen Ausdehnungen, z. B. radialen Fingern
oder Scheiben io, versehen, die frei in die Anode geschoben, werden können und welche
die Anode genau führen.
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Nach einem wichtigen Merkmal dieser Erfindung wird die Hitze prinzipiell
nur dem Metallteil der Verschmelzung zugeführt. Dias Glas wird sorgfaltig vor Temperaturen,
geschützt, die eine Verdrehung des Glases verursachen, können. Die Verschmelzhitze
wird einem ringförmigen Heizkörper i i entnommen, welcher vorzugsweise aus schwer
schmelzbarem Metalloder Kohle besteht und die zu verschmelzenden Teile überdeckt.
Der ringförmige Heizkörper ist so hergestellt, daß er sich an den konischen Teil
des Zylinders eng anschmiegt und guten Wärmekontakt mit demselben macht, :aber die
Anode oberhalb und das Glas unterhalb des konischen Sitzes frei läßt. Wenn der Heizkörper
erhitzt wird, fließt die Hitze auf Grund von Leitung zu dem Metallteil 5 der Verschmelzung
und durch Strahlung zu dem Glasteil 2a von dem darüberliegenden ringförmigen Teil
i ia. Der radiale Zwischenraum zwischen dem Glas und dem Heizkörper und der Abstand
des daxüberliiegenden Heizleiters vom Glas in axialer Richtung wird für eine bestimmte
Metall-Glas-Kombination genau ausgewählt, so dä,ß das Glas nur am Rande plastisch
und verformbar und von solcher Tiefe wird, daß es durch die Kante des Metallzylinders
durchdrungen werden kann. Wenn gewünscht, können die -abenerwähnten Abstände so
eingerichtet sein, daß die Strahlungswärme nicht :ausreicht, um das Glas zum Erweichen
zu bringen. Der noch nötige Teil der Wärme, um die Durchdringung zu ermöglichen,
kann durch Wärmeleitung von dem Metall zugeführt werden. Das Eigengewicht der Anode,
wenn nötig, zusammen mit einem zusätzlichen Gewicht, drückt dann, den Metallrand
in das Glas, und das unmittelbar vor dem Metall befindliche Glas wird weich und
benetzt das Metall. Das Entfernen der Heizquelle Beendigt die Durchdringung unmittelbar.
Auf diese Art und Weise ist die geringe Wärmeleitung des Glases durch diese Erfindung
mit großem Vorteil ausgenutzt: Die erste Heizquelle kann eine Hochfrequenzheizung
oder eine Gasflamme sein. Wenn der ringförmige Heizkörper erhitzt ist, wird die
Verschmelzstelle auf Schmelztemperatur erhitzt durch eine der beiden Heizquellen.
In der vorliegenden Zeichnung ist eine Hochfrequenzspule mit wenigstens einer Windung
einer flüssigkeitsgekühlten konzentrischen Leitung dicht Bei dem ringförmigen Heizkörper
angebracht: Ein Heizkörper aus eisenhaltigem Metall oder
Kohle ist
in diesem Falle bevorzugt auf Grund seines induktiven Heiznutzeffektes. Wenn Gasflammen
verwendet werden, können weitere Materialien zur Herstellung des Heizkörpers Verwendung
finden, da die elektrischen Eigenschaften keine 'Rolle spielen, Keramik und ähnliche
schwer schmelzbare Materialien können dabei verwendet werden.
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Die Verschmelzungen der verschiedenen Durchführungsstifte können gemäß
vorliegender Erfindung gleichzeitig erfolgen. Wie aus Fig.3 hervorgeht, besteht
jeder Durchführungsstift 3 aus einem festen Stab 13, dessen Mitte mit einem
dünnwandigen metallischen Fingerhut, dessen zylindrische Wände koaxial zu den Stiften
sind, hart verlötet ist. Der Teil 21, des Kolbens 2 ist vorzugsweise als flache
Schale mit einer Anzahl von röhrenförmigen Stutzen 15, von welchen der mittlere
Durchmesser des Randes ungefähr dem Durchmesser des Fingerhutrandes gleich ist,
:ausgebildet.
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Eine Stab-Fingerhut-Verbindung wird in jedem Stutzen durch Aufsetzen
des Randes der Fingerhüte hergestellt und dann ein blockförmiger Heizkörper 16,
der mit Öffnungen für die Stutzen versehen ist, auf die Fingerhüte gesenkt. Jede
Heizkörperöffnung besteht aus zwei Teilen, deren Durchmesser größer ist als der
Stab 13 oder der Fingerhut 14. Zwischen diesen zwei Teilen ist ein Teil 18
angebracht, das so geformt ist, daß es von dem konischen Teil des Fingerhutes getragen
wird. Hier sowohl als auch in Fig. i ist der Heizkörper von dem Glasteil der Einschmelzstelle
entfernt, aber andererseits in gutem Wärmekontakt mit dem Metallteil. Der Heizkörper
kann durch die Hochfrequenzenergie der Hochfrequenzspule 12 oder durch Flamme über
die Schmelztemperatur hinaus erhitzt werden. Wie in Fig. i gelangt die Hitze durch
Leitung zu dem Metallteil der Schmelzstelle und durch Strahlung zu dem Glasteil.
Der Zwischenteil wird durch beide Heizquellen erhitzt, um das Glas ,gut flüssig
zu machen und gute Benetzung des Metalls zu erreichen, ohne daß der Hauptkörper
des Glases erweicht. In Fällen, in welchen die Teile zu leicht sind und der Druck
zwischen Glas und Metall durch die Schwerkraft allein nicht genügt, um eine rasche
Verschmelzung auszuführen, können Federn oder Gewichte verwendet werden. In Fig.3
ist eine Anordnung gezeigt, um rasche Einschmelzungen herzustellen und angernessenes
Verhalten des flüssigen Glases an der Schmelzstelle zu erreichen. Die inneren oder
unteren Enden der Durchführungsstäbe 13 sind jede in geeignetem Abstand zu den anderen
durch den Block i 9 gehaltert. Vertiefungen sind sowohl in der Oberfläche des Blockes
bei 20 als auch am Ende des Blockes bei 21 vorgesehen. Einige oder alle Durchführunglen
können, um die Längsbewegung zu verhindern, festgelegt werden. Der Glaskolbenbeil2h
indessen ruht auf dem Ende der Stäbe 22, die senkrecht gleitbar in dem Block angeordnet
sind, und jeder von diesem: ist mit dem Ring 23, der frei auf dem Block 19 gleitet,
verbunden. Eine Feder 24 zwischen der Grundfläche des Blockes und dem Ring drückt
den Ring, seine Stifte und den Glaskolben, welche durch die Feder getragen werden,
aufwärts und überträgt den Federdruck auf die Ränder der Glasstutzen und die Ränder
der Fingerhüte. Wenn das Glas erweicht, werden die Metallränder in das Glas gedrückt,
die Eindringtiefe wird dadurch begrenzt, daß der Ring gegen den Kopf des Blockes
stößt.
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In Fig. 5 sind die Anordnungen der Fig. 3 und ¢ mit einer GIoake 27
gezeigt. Die Oxydation der Metallteile während der Eimschrnelzung wird durch Erwärmung
dieser Teile in einer neutralen oder reduzierenden Atmosphäre, wie z. B. Stickstoff
oder Sauerstoff, vermindert. Die Glocke der Fig. 2 und 5 aus Glas oder Nichteisemnetall
ist in Abstand zu i i oder 16 und innerhalb der Hochfrequenzspule 12 angeordnet,
und die Luft wird durch das durch die Leitung 28 zugeführte Gas verdrängt. Wenn
erwünscht, kann ein Gewicht 29 :auf dem Heizkörper angeordnet werden, um einen höheren
Kontaktdruck zwischen den Oberflächen der Fingerhübe i q. und der Stutzen 15
zu erreichen.
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Eine oder beide Verschmelzungen können in einem Arbeitsgang mit den
Seiten der Metallscheiben q (Fig. i und 6) gemacht werden. Die Oberflächen des Glases
und des Metalls können durch Schleifen nivelliert werden, um gleichmäßigen Kontakt
über die ganzen Einschmelzoberflächen zu erhalten. Wenn der größere Teil der Hitze
dem äußeren Rand der Scheibe q. zugeführt wird, dann wird nur die Kontaktfläche
des Glases auf Schmelztemperatur erhitzt. Wenn :nur eine Seite der Scheibe verschmolzen
werden soll, wird ein ringförmiger Heizkörper mit einem einfachen rechteckigen Querschnitt,
wie er in der Fig. 6 aufgezeigt ist, verwendet. Wenn Kontakt mit beiden Seiten der
Scheibe gewünscht wird, um ,gleichzeitig beide Teile des Kolbens zu erhitzen, wird
zu denn Heizkörper 25 ein Heizkörper 26 gefügt. Der ringförmige Heizkörper kann
auf verschiedene Art unterteilt sein, um das Anbringen oder Entfernen der Scheibe
zu ermöglichen.