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Vorrichtung zum Verschmelzen von Teilen aus in der Hitze erweichendem
Isoliermaterial, vorzugsweise aus Glas und/oder Keramik, im hochfrequenten Spulenfeld
Das Verschmelzen von Teilen aus Isoliermaterial, das in der Hitze erweicht, erfolgte
früher allgemein unter örtlicher Erhitzung durch Wärmeübertragung oder Strahlung,
etwa mittels einer Flamme oder durch Heizplatten. Insbesondere bei der Serienherstellung
ist dieses - Verfahren umständlich, da es nicht einfach ist zu erreichen, daß die
Erhitzung gleichmäßig, reproduzierbar, gut dosierbar und möglichst nur in der Verbindungszone
erfolgt. Auch können Flammengase durch in ihnen enthaltene chemische Bestandteile
oder durch unkontrollierbare Erwärmung entfernt liegender Stellen schädlich sein;
-dies gilt insbesondere für den Kathodenbelag von Elektronenröhren oder für gewisse
Leuchtstoffschichten. Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, ist bereits vorgeschlagen
worden, die für die Verschmelzung erforderliche Erwärmung durch Hochfrequenzerhitzung
zu erzeugen. Da sich homogenes Isoliermaterial in einem räumlich ausgedehnten, nahezu
homogenen Feld in weitem Bereich gleichmäßig erwärmen und dabei möglicherweise in
unerwünschtem Umfang seine Form verändern würde, hat man Kerne und/oder Polschuhe
aus Hochfrequenzeisen vorgesehen, um das Hochfrequenzfeld und damit die Erhitzung
auf die Anschmelzzone zu konzentrieren. Die bekannten Vorrichtungen genügten jedoch
nicht, um empfindliche, dicht neben der Verschmelzungszone angeordnete Teile, beispielsweise
das Kathodenröhrchen einer Elektronenröhre,
vor unzulässiger Erwärmung
im ausreichenden Maße zu schützen.
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Ferner wurde bereits vorgeschlagen, vorzugsweise bei Glas- und Keramikteilen,
in der z. B. kreisförmigen Anschmelzstelle eine Zwischenschicht, etwa in Form eines
Ringes oder einer ,Scheibe aus Metall oder Glas oder -auch nur aus Glaspulver vorzusehen.
Bei geeigneter Wahl der von dem umgebenden Glas abweichenden Leitfähigkeit und/oder
Dielektriizitätskonstante soll diese Zwischenschicht bewirken, .daß sich die Hochfrequenzverluste
in ihr konzentrieren und die Erhitzung in der Anschmelzzone selbst stattfindet.
Auch bei Kunststoffen, wie den sogenannten Thermoplasten, wird an der Verbindungsstelle
häufig ein beim Erweichen gut haftendes Material abweichender Dielektrizitätskonstante
eingefügt. Bei diesen bekannten Verfahren ist also eine besondere Zwischenschicht
in der Anschmelzstelle erforderlich; dadurch werden zusätzliche Vorbereitungen nötig
und .gegebenenfalls besondere Teile, durch die die fertige Anschmelzstelle inhomogen
wird; außerdem können beim Abkühlen Spannungen auftreten, :die die Haltbarkeit der
Verbindungsstelle beeinträchtigen: Bei einer Vorrichtung zum Verschmelzen von Teilen
aus in der Hitze erweichendem Isoliermaterial, vorzugsweise aus Glas und/oder Keramik,
im hochfrequenten Spu.lenfeld unter Anwendung von Kernen und/oder Polschuhen aus
Hochfrequenzeisen können dicht neben der Verschmelzungszone liegende Teile sicher
geschützt werden, wenn gemäß der Erfindung ein scheibenartig ausgebildeter Kern
bzw. Polschuh aus Hochfrequenzeisen an dem einen und/oder,dem anderen Ende der Hochfrequenzsp.ule
angeordnet ist, der gegebenenfalls eine öffnung für den zu erhitzenden Gegenstand
besitzt. Unter Kernen und/oder Polschuhen sind ganz allgemein Teile eines ferromagnetischen
Mantels bzw. Abschirm- oder Leitplatten od. dgl. für das magnetische Feld zu verstehen.
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Besonders wenn zylindrische Körper durch ein nahezu konzentrisches
Hochfrequenzfeld erhitzt werden sollen, ist eine Vorrichtung nach der Erfindung
zweckmäßig, weil durch den scheibenartig ausgebildeten Kern bzw. Polschuh (Leitplatte)
aus Hochfrequenzeisen sowohl das Feld auf die Anschmelzzone konzentriert wird als
auch Teile, die vom Hochfrequenzfeld aus gesehen hinter der Leitplatte liegen, gegen
dieses Feld abgeschirmt und damit gegen möglicherweise unerwünschte Erwärmung geschützt
sind.
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Als ferromagnetisches Material verwendet man zweckmäßig ein solches
Material, das bei der angewendeten Hochfrequenz geringe Verluste, geringe Leitfähigkeit
und einen hohen spezifischen Widerstand, vorzugsweise von mehr als ioo,o Ohm/cm,
insbesondere mehr als 'ro5 Ohm/cm, hat.
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Auch bei Anwendung einer Vorrichtung nach der Erfindung kann in die
Verbindungsstelle eine Schicht aus Stoffen eingefügt werden, die sich im Hochfrequenzfeld
schneller erwärmen oder einen niedrigeren Erweichungspunkt haben als das umgebende,
zu verbindende .Material. Es ergeben sich hierbei große Vorteile, weil infolge der
starken Konzentrierung des Hochfrequenzfeldes für .die Zwischenschicht ein Material
genommen wenden kann, das sich in seinem elektrischen und thermischen Verhalten
nur wenig von dem zu verbindenden Werkstoff zu unterscheiden braucht; man ist daher
in ider Wahl dieses Zwischenseh:ichtmaterials freier, und das Ausmaß der Inhomogenität
kann in engeren Grenzen gehalten werden.
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Zweckmäßig wird die Anschmelzstelle durch übliche Mittel, beispielsweise
durch Flammen oder Heizplatten, bis dicht an den Transformationsp#unkt vorerwärmt,
worauf die zum Schmelzen erforderliche weitere Erwärmung durch Anwendung von Hochfrequienz
erfolgt.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.
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In Fig. i ist im Schnitt eine Vorrichtung nach der Erfindung schematisch
dargestellt, die sich besonders dafür eignet, runde Gegenstände miteinander zu verschmelzen,
beispielsweise den Glasteller und den Glaskolben einer Elektronenröhre.
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In Fig. z ist .dargestellt, wie die miteinander zu verschmelzenden
Teile einer Röhre zweckmäßig im Hochfrequenzfeld angeordnet werden.
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Fig. 3 zeigt einen Ring, der zur Vorerhitzung Anwendung finden kann.
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Fig. q. .zeigt die Anordnung eines Ringes aus Hochfrequenzeisen, wodurch
die Stifte einer Elektronenröhre vor unerwünschter Erhitzung geschützt werden.
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Die Spule i in Fig. i besteht aus acht in zwei Lagen gewickelten Kupferrohrwindungen,
die von 2 nach 3 über nicht dargestellte Schlauchverbindungen von einem Kühlmittel
durchflossen werden, während gleichzeitig ein Hochfrequenzstrom von beispielsweise
ioo A hindurchgeschickt wird. Diese Spule ist eingeklemmt zwischen zwei Isolierschichten
q. und 5, an die sich Scheiben 6 und 7 aus Hochfrequenzeisen sowie Isolierplatten
8 und 9 anschließen. Durch Bolzen io und Muttern i i wird die Anordnung zusammengepreßt
und mechanisch gehalten. Das Feld: der Spule i ohne die Scheiben 6 und 7 würde etwa
einen Verlauf haben, wie er durch die beiden punktierten Linien 12 angedeutet ist.
Es würde sich also im Innenraum der Spule ein annähernd homogenes Feld ausbilden,
so d.aß in das Feld eingebrachte Gegenstände nahezu gleichmäßig erwärmt würden.
Gemäß :der Erfindung sind jedoch scheibenförmige Kerne oder Polschuhe 6 und 7 aus
Hochfrequenzeisen angeordnet, durch deren Einfluß sich das Hochfrequenzfeld derart
verformt, daß die Kraftlinien innerhalb der Spule etwa parabelförmig verlaufen (gestrichelte
Linien @13). Das Feld ist also innerhalb der Spule konzentriert und verstärkt, während
der Außenraum der Spule nahezu feldfrei bleibt. Eine solche Anordnung läßt sich
auch mit Vorteil verwenden, um das Gettermaterial in einem Vakuumgefäß, beispielsweise
einer Elektronenröhre, zu verdampfen: denn dabei ist es oft
erwünscht,
die Erhitzung auf den Träger des Gettermaterials zu beschränken und von den übrigen
Teilen des Elektrodensystems fernzuhalten.
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In Fig. 2 ist dargestellt, welche Lage der Glaskolben 14 und der Glasteller
15 mit den Stiften. 16 einer Elektronenröhre während des Einschmelzvorganges in
dem gestrichelt 13 angedeuteten Feld einer Hochfrequenzerhitzungsanordnung gemäß
Fig. i einnehmen soll. Es ist leicht einzusehen, idaß die Erhitzung vorwiegend am
Tellerrand 17 erfolgt.
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Um unerwünschte Spannungen im Glas zu vermeiden, ist es meist erforderlich,
einen größeren Teil des Glases in der Nähe der Anschmelzstelle, zweckmäßig mit abnehmender
Stärke, vorzuwärmen. Dazu eignet sich besonders gut ein. Ring 18 nach Fig. 3, der
aus dem eigentlichen Kurzschlußring 19 und Ableitzungen 2,o besteht. Zur Durchführung
der Vorerwärmung des Glases wird der Ring über den zu verschmelzenden Gegenstand
geschoben. .Das Hochfrequenzfeld erhitzt den Ring 19 bis zum Glühen; durch die Zungen
2o wird die Wärme mit abnehmender Stärke noch auf das angrenzende Material, vorwiegend
durch Strahlung, übertragen, so daß das Temperaturgefälle ausgeglichen wird. Derartige
Wärmeleitzungen können erforderlichenfalls auch auf der anderen Seite (in Fig. 3
nach unten gerichtet) des Ringes lig vorgesehen sein. Ihre Form 'kann beliebig der
Gestalt des Werkstückes sowie -der gewünschten Temperaturverteilung angepaßt sein.
Durch geeignete Formgebung und Anordnung der Hoehfrequenzeisenteile kann das Feld
in der jeweils gewünschten Weise gestaltet und die Erwärmung entsprechend geleitet
werden.
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Um Metallteile, wie beispielsweise die Kontaktstifte im Teller einer
Elektronenröhre, vor unerwünschter Erwärmung zu schützen, können diese entsprechend
Fig. q. mit einem zweckmäßig geschlitzten Abschirmmantel 21 (Schutzring) _ aus Hochfrequenzeisen
oder auch in bekannter Weise mit einem geschlossenen Ring aus gut leitendem Material,
wie Kupfer, unterhalb des Tellers 15 umgeben werden.