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Quecksilberdampf-Entladungsgefäß Bei Quecksilberdampf-Entladungsgefäßen
mit metallenem Vakuumkessel bedient man sich zur vakuumdichten Verbindung des Kathodenbehälters
mit dem Kesselboden vielfach einer Weichlötung zwischen dem porzellanenen Kathodenisolator
und den angrenzenden Metallteilen, insbesondere dann, wenn es sich um pumpenlose
Gefäße handelt. Diese Art der Vakuumdichtung hat jedoch den Nachteil, daß sie thermisch
nur wenig beanspruchbar ist. Es ist deshalb auch schon vorgeschlagen worden, für
diesen Zweck Glas-Metall-Verschmelzungen zu benutzen, vor allem in der Form der
sogenannten Druckglasverschmelzung, bei welcher der zwischen zwei konzentrischen
Metallringen liegende Glasschmelzfluß infolge geeigneter Wahl der Ausdehnungskoeffizienten
unter einer radialen Druck-Spannung steht. Da das Entladungsgefäß evakuiert ist
und der Luftdruck auf dem Kathodenboden lastet, so treten an den Grenzschichten
zwischen den Glas- und den sie einschließenden Metallkörpern auf die Verbindung
nachteilig wirkende Schubkräfte auf, weil der Luftdruck bestrebt ist, den Kathodenboden
in das evakuierte Entladungsgefäß hineinzudrücken.
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Um solche Verbindung leicht herstellbar zu machen, ist weiterhin vorgeschlagen
worden, die Glas-Metall-Verschmelzung als selbständigen, für sich allein herstellbaren
Einbauteil auszubilden und ihre Metallringe mit dem Kathodenbehälter und dem Boden
des Vakuumkessels zu verschweißen. Hierbei ergeben sich jedoch angesichts des großen
Durchmessers einer solchen Glas-Metall-Verschmelzung
noch fabrikatorische
Schwierigkeiten, die darin bestehen, daß beim Aneinanderschweißen der Teile der
Glasring wegen der großen Hitze springen kann oder daß sich die Metallteile vom
Glasring lösen.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Quecksilberdampf-Entladungsgefäß
mit metallenem Vakuumkessel, mit welchem die Kathode durch eine vakuumdichte Metall-Glas-Metall-Ver:schmelzung,
bestehend aus zwei konzentrischen Metallringen mit dazwischen angeordnetem Glasring
(Druckglaseinschmelzung), verbunden ist. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch
Mittel, welche die vakuumdichten Verschmelzungsstellen einerseits zwischen dem äußeren
Metallring und dem Glasring und andererseits zwischen dem Glasring und dem inneren
Metallring von den durch den Luftdruck hervorgerufenen axialen Kräften entlasten.
Dieses Distanzstück kann gemäß der Erfindung mindestens ein Bestandteil der Metall-Glas-Metall-Verschmelzung
sein. Es kann z. B. der Glaskörper der Metall-Glas-Metall-Verschmelzung über die
Verschmelzungsstelle nach beiden Seiten hinausragen und sich mit seinen Stirnflächen
an die durch den Luftdruck gegeneinandergepreßten Teile legen, wobei noch auf die
Stirnflächen des Glasdistanzkörpers Ringe aus einem nachgiebigen Material aufgelegt
sein können. Weiter kann gemäß der Erfindung die Metall-Glas-Metall-Verschmelzung
sowohl an dem Entladungsgefäß als auch an der Kathode elastisch und nachgiebig aufgehängt
sein. Dabei sind zur Aufhängung der Metall-Glas-Metall-Verschmelzung elastische,
nachgiebige, dünnwandige Zwischenglieder, z. B. Zwischenringe, zwischen dem Entladungsgefäß
und der Metall-Glas-Metall-Verschmelzung einerseits und zwischen der Kathode und
der Metall-Glas-Metall-Verschmelzung andererseits angeordnet und so geformt, daß
Hochkantverbindungsschweißnähte entstehen. Diese Zwischenringe sind infolge ihrer
geringen Wandstärke so nachgiebig, daß durch das Anschweißen an die Kathode bzw.
den Vakuumkessel keinerlei unerwünschte mechanische Spannungen in die Glas-Metall-Verschmelzung
hineingetragen werden können.
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An sich ist es zwar bei Elektrodeneinführungen bekannt, daß bei keramischen
Durchführungen die Schrumpfringe mit elastischen Ringen verbunden '«erden, die dann
ihrerseits mit dem Entladungsgefäß bzw. dem stromführenden Leiter verschweißt werden.
Die Anwendung dieser bekannten Maßnahmen bei Entladungsgefäßen mit durch Distanzstücke
entlasteten Metall-Glas-Metall-Verschmelzungen bringt hier noch den besonderen technischen
Vorteil, daß die dichtenden Mantelflächen der Distanzstücke an den Verschmelzungsstellen
praktisch entlastet sind, was eine fabrikatorische Erleichterung bedeutet. Würde
man nämlich starre Verbindungen an diesen Stellen verwenden, so könnte der Fall
eintreten, daß schon der geringe durch das Anschweißen hervorgerufene Verzug, der
durch das Schweißen miteinander verbundener Teile bewirkt, daß die Druckverbindung
an der Stirnfläche der Distanzstücke nicht mehr schlüssig ist, so daß die vom Luftdruck
ausgeübte Kraft nicht wie beabsichtigt über die Stirnflächen, sondern über die Verschmelzungsstellen
(Mantelflächen) der Distanzstücke übertragen werden.
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Gemäß der weiteren Erfindung kann das Entlastungsmittel auch außerhalb
der Metall-Glas-Metall-Verschmelzung angeordnet sein. Es können z. B. Distanzstücke
in Form von Distanzröhren vorgesehen sein, welche die Haltebolzen umgeben.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Mit i ist jeweils der Böden des Vakuumkessels und mit z der Boden des Kathodenbehälters
bezeichnet. q. ist das Kathodenquecksilber und 3 ein in die Kathode eingesetzter
Quarzzylinder.
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In Fig. i ist die Glas-Metall-Verschmelzung als Druckglasverschmelzung
ausgebildet. Der Innenring der Glas-Metall-Verschmelzung ist mit 7 und der Außenring
mit 6 bezeichnet. Der Außenring ist so stark bemessen, daß er im kalten Zustand
infolge seiner Schrumpfung einen hinreichenden radialen Druck auf den Glasschmelzfluß
5 auszuüben imstande ist. Der Glasschmelzfluß @ besitzt Fortsetzungen 8, welche
nach oben und unten über die eigentliche Verschmelzungsstelle hinausragen, so daß
der so entstehende Glaskörper als Distanzstück für den Abstand zwischen dem Kesselboden
i und dem Kathodenboden 2 dienen kann. Auf die Stirnseiten des Glaskörpers werden
zweckmäßig noch Ringe aus einem nachgiebigen Material, z. B. aus Asbest, aufgelegt.
Gemäß der Erfindung werden nun die Metallringe 6 und 7 der Glas-Metall-Verschmelzung,
welche einen völlig selbständigen Einbauteil darstellt, mit dem Kessel bzw. dem
Kathodenboden nicht unmittelbar, sondern unter Vermittlung von Zwischenringen 9
und io verschweißt. Diese Zwischenringe besitzen eine verhältnismäßig geringe Wandstärke,
so daß diese eine gewisse Federung zulassen. Sie sind durch Bördelung so geformt,
daß sämtliche Schweißstellen als Hochkantschweißnähte ausgeführt werden können.
Solche Schweißnähte lassen sich außerordentlich sicher und bequem herstellen und
gestatten auch die Anwendung automatischer Schweißeinrichtungen. Die Zwischenringe
9 und io werden vor dem Einbau der Glas-Metall-Verschmelzung in das Entladungsgefäß
an die Metallringe 6 und 7 der Glas-Metall-Verschmelzung angeschweißt. Sodann wird
der Ring io an den Kesselboden und schließlich der Ring 9 an den Kathodenboden z
angeschweißt. Das Gewicht der Kathode kann durch eine besondere mechanische Befestigung,
z. B. durch Schraubbolzen, aufgenommen werden, welche den Kathodenboden gegen den
Glaskörper und diesen gegen den Kesselboden pressen.
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Fig. 2 unterscheidet sich von Fig. i im wesentlichen dadurch, daß
der Glaskörper 15 der Glas-Metall-Verschmelzung nicht als Distanzstück benutzt wird.
In einem solchen Fall müssen also besondere Distanzstücke, z. B. in Form von Distanzrohren,
welche die Haltebolzen umgeben, vorgesehen sein. Dies ermöglicht, den Zwischenring
2o
außen an den Innenring 17 der Glas-Metall-Verschmelzung anzuschmelzen,
so daß die Schweißnaht zwischen dem Kesselboden. i und dem Zwischenring 2o außerhalb
des Vakuumraumes frei zugängig zu liegen kommt. Sowohl bei Fig. i als auch bei Fig.
2 sind der Außenring 16 und der Innenring 17 der Glas-Metall-Verschmelzung in der
Höhe so gegeneinander versetzt, daß auf jeder Seite jeweils nur ein Ring weiter
vorsteht und somit Zwischenringe von verhältnismäßig einfacher Form angewendet werden
können.
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In Fig.3 sind zwei getrennte Glas-Metall-Verschmelzungen
25,:26, 27 und 25', 26', 27'verwendet, Die Glaskörper 25 und 25' liegen mit
ihren Stirnseiten unmittelbar oder unter Zwischenfügung eines elastischen Ringes
aufeinander und dienen außerdem ebenso wie in Fig. i zur Distanzierung des Kesselbodens
i von dem Kathodenboden 2. Für die vakuumdichte Verbindung der beiden Innenringe
27 und 27' der Glas-Metall-Verschmelzung sind dünnwandige Zwischenringe i i und
i i' vorgesehen, die so umgebördelt sind, daß die Schweißnaht zwischen ihnen als
Hochkantnaht ausgeführt werden kann. Mit den übrigen Teilen des Entladungsgefäßes
sind nur die Außenringe 26 und 26' verbunden, und zwar der obere Außenring 26 unter
Zwischenschaltung des dünnwandigen Ringes 30 mit dem Kesselboden i und der untere
Außenring 26' über den Zwischenring 9 mit dem Kesselboden 2.
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Fig. 4 zeigt eine Anordnung mit nur einer Glas-Metall-Verschmelzung,
bei der jedoch der Außenring in zwei voneinander isolierte Teile 26 und 26' aufgelöst
ist. Dagegen ist nur ein Innenring 37 vorgesehen. Der Glasschmelzfluß 35 füllt auch
den Zwischenraum zwischen den Außenringen 26 und 26'. Der Kesselboden i ist über
den Zwischenring 30 mit dem oberen Außenring 26 und der Kathodenboden 2 über
den Zwischenring 9 mit dem unteren Außenring 26') verbunden. Die Distanzierung erfolgt
hier durch außerhalb der Glas-Metall-Verschmelzung liegenden Distanzstücke.
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Die Anordnung nach den Fig. 2 bis 4 besitzen sämtlich den Vorteil,
daß die Einbauschweißnähte außerhalb des Vakuumraumes liegen und daher leicht zugängig
und bequem ausführbar sind.