Verfahren zur Verbindung der Kolben und der Füsschen von Netallkolben-Röhren. Gegenstand der Erfindung ist ein Ver fahren zur luftdichten Verbindung der Kol ben von Metallkolben-Entladungsröhren mit den Füsschen.
Bei den bisher bekannten Metallkolben röhren wurden die Metallfüsschen mittels Schweissung an die in einer zur Röhrenaxe senkrechten Ebene liegende Krempe des Kol bens befestigt; diese Schweissung wurde mit Hilfe von besonders konstruierten Hochlei- stungs-Widerstandsschweissmaschinen voll zogen.
Dieses Verfahren hat die Nachteile, dass die Anschaffungskosten solcher Schweiss maschinen sehr hoch sind, dass das diese Ma schinen speisende Netz durch sie periodisch stossweise stark belastet wird, dass der Kolben und das Füsschen aus solchen Metallen oder Legierungen angefertigt werden müssen, die miteinander verschweissbar sind, dass man ihre Wandstärke, um den Erfordernissen des Schweissvorganges gerecht zu werden (welche grössere Abmessungen bedingen, als es aus andern Gründen wünschenswert wäre), nicht unter ein gewisses Mass senken kann, und schliesslich dass das bei der sehr hohen Schweisstemperatur häufig verspritzte Ma terial das Elektrodensystem der Röhre be schädigt und z. B.
Isolationsschäden ver ursachen kann.
Vorliegende Erfindung bezweckt die Ver meidung all dieser Nachteile und besteht darin, dass die zu verbindenden Teile des Kolbens und des in diesen eingefügten Füsschens gemeinsam in eine metallische Schmelze, deren Schmelzpunkt höher als 500 C liegt, eingetaucht werden und dass mindestens einer dieser Teile gekühlt wird.
Die Abkühlung mindestens eines der ge nannten Teile kann während oder nach oder während und nach dem Eintauchen vorge nommen werden.
Zum Zwecke der Verbindung des Kol bens mit dem Füsschen wird vorteilhaft der untere Teil des Kolbens und die Krempe des Füsschens derart, z. B. zylinder- oder kegel- mantelförmig, gestaltet und so bemessen, dass diese ineinander gesetzt werden können und ihre Flächen praktisch parallel zu einander und diese zwei Teile, wenn zusammengefügt, nur um den Bruchteil eines Millimeters von einander entfernt sind.
Schiebt man das Füss chen in den derart ausgestalteten Kolben und taucht man die beiden gemeinsam in das Bad, so wird das flüssige Metall des letzteren zu folge der Kapillarität zwischen die beiden Krempen gezogen, wobei letztere durch das heisse Bad auf die nötige Temperatur erhitzt werden. Nach Herausheben der Röhre aus dem Bad kühlt sich das den zwischeri den beiden Teilen befindlichen Raum ausfüllende Metall (welches nicht unbedingt das gleiche Metall, wie jenes des Bades zu sein braucht) ab, erstarrt rund verbindet den Kolben mit dem Füsschen luftdicht. und auch mechanisch fest.
Mit Rücksicht auf die hohe Tempera tur des Bades ist es zweckmässig, die Isola toren des Füsschens (durch welche die Strom zuführungen gehen), -wie auch andere Teile der Röhre (denen die plötzliche und ungleich mässig auftretende Hitze schaden könnte) zu schützen, und zu diesem Zweck mindestens das Füsschen. eventuell auch den Kolben, schon während des Tauchens abzukühlen. Dies kann dadurch geschehen, dass man sie z. B. auf ein mit )Vasser gekühltes Gestell setzt, oder mit einem mit nasser gekühlten Mantel umgibt.
Man kann jedoch von dieser Art der Kühlung, besonders bei aus dünnem Material angefertigten Füsschen und beim rasch erfolgenden Tauchen, absehen, wenn man die Röhre nach dem Tauchen sofort energisch, z. B. mit einem kalten Luftstrom, durch Wasserbesprühung, oder durch ein<B>Öl-</B> bad, abkühlt. In beiden Fällen ist es vorteil haft, die Abmessungen der zu vereinigenden Teile mit der Geschwindigkeit, Tiefe und Dauer des Tauchvorganges, wie auch mit der Temperatur des Bades derart in Einklang zu bringen, dass mindestens bei einem der Teile während des Tauchens respektive der Zu sammenfügung ein höherer maximaler Tem peraturabfall als 200 C pro Millimeter ein- tritt, was z.
B. bei dickwandigen Füsschen resp. Kolben schon durch vorherige und wäh rend des Tauchens erfolgende Kühlung, bei dünnwandigen Körpern hingegen durch ent sprechende Geschwindigkeit und kurze Dauer des Tauchens erreicht werden kann, da doch das heisse Bad seine Wärme den eingetauchten Kolben- und Füsschenteilen sehr rasch und energisch übermittelt. Dieser Umstand er möglicht es auch, zwischen den miteinander zu verbindenden Teilen vor ihrer Zusammen fügung ein Metall von niedrigerem Schmelz punkt als die Temperatur des Bades, z. B.
in Draht- oder Plattenform oder in Form eines die betreffenden Teile deckenden tber- zuges einzusetzen, auf welches Metall die Temperatur des Bades durch die eingetauch ten Kolben- und Füsschenteile übertragen wird. so dass es schmilzt und der Kolben mit dem Füsschen durch dieses Metall verlötet wird. Wird dieses Metall zum Beispiel in Form einer Platte angewendet, so kann man diese Platte und mit. ihr das Füsschen durch ein leichtes Quetschen des Kolbens an letz teren befestigen, doch erscheint eine derartige vorherige Verbindung des Kolbens mit dem Füsschen auch in andern Fällen zweckdien lich.
In solchen Fällen ist es vorteilhaft, den äussern resp. den innern Teil des Kolbens und des Füsschens mit Graphitfett oder mit einem andern Material zu überziehen. damit aus dem Bad hoher Temperatur keine Wärme ver loren geht.
Aus obigem ist ersichtlich, dass bei dem Verfahren solche Bäder angewendet werden können, deren Schmelzpunkt niedriger, gleich hoch, ja sogar - wenn eine rasche und energische Wärmeübertragung erforderlich ist - höher ist, als der Schmelzpunkt der an einander zu befestigenden Teile. So können als Material des Bades z. B. Kupfer, Eisen, Nickel, Silber usw. oder deren Legierungen dienen und die Verbindung der Kolben und Füsschen kann als Lötung, Hartlötung oder sogar als eine Art von Schweissung betrachtet werden.
Ist das Material des Bades oder des zwischen den aneinander zu befestigenden Teilen angeordneten zu schmelzenden Metal- les oder beider, oder das Material der Kolben- bestandteile leicht oxydierbar, oder werden Bäder von sehr hoher Temperatur angewen det, so wird das Verfahren zweckmässig in einer reduzierenden, z. B. in einer Wasser stoffatmosphäre, ausgeführt. An Stelle einer solchen Atmosphäre kann aber auch an der Oberfläche des Bades ein Schlacke lösendes oder auch ein anderes entsprechendes Reini- gungs- oder Schutzmaterial, z.
B. eine aus Borax bestehende Schicht angewendet wer den, welche die aneinander zu befestigenden Flächen beim Eintauchen reinigt oder das Bad rein erhält, damit das schmelzende Me tall die aneinander zu befestigenden Flächen gut benetzt und nach Erstarrung eine tadel lose Verbindung sichert.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungs- gemässen Verfahrens soll an Hand der Zeich nung näher erläutert werden.
Fig. 1 ist ein teilweiser Axiallängssehnitt einer zur Ausführung des Verfahrens dienen den Vorrichtung; Fig. 2 und 3 sind Längsschnitte je eines Metallröhrenkolbens ohne Zuführungen, Ent lüftungsröhre und Elektrodensystem; Fig. 4 ist ein Teilschnitt des Kolbens und des Füsschens gemäss Fig. 2 in grösserem Massstab.
Die Vorrichtung gemäss Fig. 1 ist in deren Tauchposition dargestellt, bei welcher die ab wärts gerichteten Krempen des Kolbens la und des in denselben eingesetzten Füsschens 1 b (welche der Übersichtlichkeit halber ohne Entlüftungsröhre, Zuführungen und Elek- trodensystem dargestellt sind) gleichzeitig in das aus geschmolzenem Metall bestehende Bad 2, welches z. B. aus Kupfer besteht, ein getaucht sind. Dieses Bad befindet sich in dem aus feuerfestem Material, z.
B. aus Alun- dum, bestehenden ringförmigen Tiegel 3 und wird durch die mittelst eines elektrischen Widerstandsheizkörpers, z. B. der Molybdän- ba.ndspule 6, bewirkte Heizung des Tiegels in schmelzflüssigem Zustande erhalten. Das durch die zentrale Öffnung des ringförmigen Tiegels geführte, bewegliche Gestell 4, auf dem das Füsschen 1b aufliegt, kann mit durch das Rohr 5 strömendem Wasser gekühlt wer den, und die doppelwandige Hülse 10; welche sich an den obern Teil des Kolbens an schmiegt, wird ebenfalls durch Wasser ge kühlt.
Die Wasserkühlung dieser Teile oder nur eines derselben kann jedoch, wie oben be reits erwähnt, bei Zusammenfügung von dünnwandigem Kolben oder Füsschen auch durch Luftkühlung ersetzt oder gar unter lassen werden. Ebenso kann man auch das Gestell 4 weglassen, wenn der Kolben und das in diesem befestigte Füsschen durch die Hülse 1.0 mit Hilfe von Federn oder andern Organen gehalten werden. Der Heizkörper 6 ist mit einem Wärmeisolator 7, z. B. mit Aluminium oxyd oder Schamotte, umgeben, welches in dem Mantel 7a angeordnet ist und von den Zuführungen des Heizkörpers durchsetzt wird.
Den Mantel 7a, welcher nicht unbedingt gasdicht sein muss, umgibt der gasdichte Man tel 8a; der zwischen diesen Mänteln liegende Raum ist mit lockerem Wärmeisoliermaterial, z. B. mit Asbest, ausgefüllt und es wird darin mit Hilfe von durch die Röhre 9 zugeführtem Wasserstoff eine Wasserstoffatmosphäre auf recht erhalten.
Im Innern des Heizkörpers wird ebenfalls eine strömende Wasserstoff atmosphäre aufrecht erhalten, und zwar mit Hilfe des durch ein Rohr 14 eingeführten Wasserstoffes, welcher durch den Mantel 12 hauptsächlich in die Auslassröhre 13 gelangt, in welcher durch die Injektorröhre 11 Luft oder ein neutrales Gas eingeblasen und hier durch eine Saugwirkung hervorgerufen wird.
Bei einer solchen Anordnung flackert näm lich die Wasserstoffflamme, der man bei der Wasserstoffspülung eines oben zu öffnenden Gefässes nicht entgehen kann, nicht nach oben, sondern sie wird vielmehr durch die Röhre 13 ausgeblasen, ohne die aneinander zu fügenden Röhrenteile zu beschädigen.
Die Stromzuführungen des Heizkörpers 6 sind zweckmässig in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise -isoliert und gasdicht durch den aus einer Metallplatte bestehenden Mantel 8a hin durchgeführt.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird mit dieser Vorrichtung z. B. so ausgeführt, dass, nachdem das Gestell 4 über den Mantel 12a gehoben wurde, ein Füsschen 1b auf das Gestell gesetzt wird, sodann auf dieses (zweckmässig durch Federkraft) der in die Hülse 10 gesetzte Kolben la daraufgedrückt -wird und dann beide durch gleichzeitige Be wegung der Werkzeuge 4 und 10 so weit ge senkt werden, bis ihre relativ zueinander zweckentsprechend liegenden, abwärts ge richteten Krempen in der gewünschten Tiefe in das Bad 2 tauchen,
worauf sie nach Ab lauf der erforderlichen Eintauchzeit wieder herausgehoben und entfernt werden. Das ganze Tauchverfahren erfolgt in der Praxis im Verlaufe von Sekunden, wobei das Ver weilen im Bade eventuell bloss die Dauer einiger Zehntelsekunden beanspruchen kann. Werden der Kolben und das Füsschen vor dein Tauchen durch einen leichten Druck anein ander befestigt, und verwendet man dünn wandige Kolben oder Füsschen, so kann die Verwendung eines der '\#rerkzeuge 4 und 10 auch entfallen.
Dieses Arbeitsverfahren ist besonders bei Kolben- und Füsschenausfüh- rungen gemäss Fig. 3 empfehlenswert, bei welcher der Kolben eine Schulter 1e (Fig. 2), welche das übermässige Hineingleiten des in den Kolben gedrückten Füchens verhindert, nicht aufweist. Fig. 4 zeigt schliesslich, wie die ineinander passenden Flächen 17 der zu sammenzufügenden Krempen 15 des Kolbens la und des Füsschens 1b zum Beispiel gal vanisch mit einem '-#Tetallüberzug versehen sind.
Zweckmässig ist der Schmelzpunkt des Überzugsmaterials niedriger, als der des Kol ben- oder Füsschenmaterials, und kann aus einem Metall oder einer Legierung, welche nicht leicht oxydiert, z. B. aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung bestehen.
Nach erfolgtem Überziehen -erden die Teile einer Wärmebehandlung unterworfen (welche gegebenenfalls das Tauchen selbst sein kann), wodurch erreicht wird, dass das Überzugsmaterial in die Materialien des Kol bens und des Füsschens (welche in der Regel Eisenplatten sind) an den Flächen 17 ein diffundiert und hierdurch eine sehr zuverläs sige Verbindung sichert. Der Überzug kann aber auch so stark aufgetragen sein, dass er selbst, in dem Bad schmelzend, den Kolben und das Füsschen als Lötmaterial miteinander verbindet.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist selbstverständlich weder auf obiges Beispiel, noch auf die Ausführung mit der beschrie benen Vorrichtung beschränkt. Die Wirkung der reduzierenden Atmosphäre kann zum Bei spiel durch Anwendung einer auf der Ober fläche des Bades 2 verwendeten Schlacke lösenden Schicht verbessert oder ersetzt wer den. Auch kann der erwähnte Wasserstoff flamme-Ausbläser mit beim Durchgang der Werkzeuge 4 und 10 sich automatisch öff nenden und schliessenden, gasdichten Türen ergänzt und die Vorrichtung mit automati schen Kolben- und Füsschen-Beschickungs- apparaten etc. versehen werden.
Method of connecting the pistons and the feet of metal-piston tubes. The invention relates to a process for the airtight connection of the Kol ben of metal piston discharge tubes with the feet.
In the previously known metal piston tubes, the small metal feet were attached by welding to the rim of the Kol ben lying in a plane perpendicular to the tube axis; this welding was carried out with the help of specially designed high-performance resistance welding machines.
This method has the disadvantages that the acquisition costs of such welding machines are very high, that the network feeding these machines is periodically heavily loaded by them, that the piston and the foot must be made from metals or alloys that can be welded together that their wall thickness cannot be reduced below a certain level in order to meet the requirements of the welding process (which require larger dimensions than would be desirable for other reasons), and finally that the material that is often splashed at the very high welding temperature the electrode system of the tube be damaged and z. B.
Can cause insulation damage.
The present invention aims to avoid all these disadvantages and consists in that the parts to be connected of the piston and the small foot inserted therein are dipped together in a metallic melt whose melting point is higher than 500 ° C. and that at least one of these parts is cooled .
The cooling of at least one of the named parts can be made during or after or during and after immersion.
For the purpose of connecting the Kol ben with the little feet, the lower part of the piston and the brim of the little feet is advantageous such. B. cylindrical or cone-shaped, designed and dimensioned so that they can be placed inside each other and their surfaces are practically parallel to each other and these two parts, when put together, are only a fraction of a millimeter apart.
If you slide your feet into the flask designed in this way and immerse the two together in the bath, the liquid metal of the latter is drawn between the two rims due to capillarity, with the latter being heated to the required temperature by the hot bath. After lifting the tube out of the bath, the metal that fills the space between the two parts (which does not necessarily have to be the same metal as that of the bath) cools down, solidifies and connects the piston with the foot in an airtight manner. and also mechanically strong.
Considering the high temperature of the bath, it is advisable to protect the insulators of the feet (through which the power supply goes), as well as other parts of the tube (which could be damaged by the sudden and uneven heat), and for this purpose at least the feet. possibly also the piston to cool down while diving. This can be done by z. B. on a with) Vasser cooled frame, or surrounds with a wet-cooled coat.
However, you can refrain from this type of cooling, especially with feet made of thin material and when diving quickly, if the tube immediately after diving, z. B. with a cold air stream, by spraying water, or by an <B> oil </B> bath. In both cases, it is advantageous to bring the dimensions of the parts to be combined with the speed, depth and duration of the immersion process, as well as with the temperature of the bath in such a way that at least one of the parts during the immersion or the assembly a higher maximum tem peraturabfall than 200 C per millimeter occurs, which z.
B. with thick-walled feet, respectively. Pistons can already be achieved by cooling beforehand and during the dive, with thin-walled bodies, on the other hand, by using the appropriate speed and short duration of the dive, since the hot bath transmits its heat to the immersed piston and foot parts very quickly and energetically. This fact he also makes it possible between the parts to be joined together before joining a metal of a lower melting point than the temperature of the bath, for. B.
in wire or plate form or in the form of a covering covering the parts concerned, to which metal the temperature of the bath is transferred through the immersed piston and foot parts. so that it melts and the piston is soldered to the foot through this metal. If this metal is used in the form of a plate, for example, you can use this plate and with. you attach the little feet by slightly squeezing the piston on the latter, but such a previous connection of the piston with the little feet also appears useful in other cases.
In such cases it is advantageous to use the outer resp. to cover the inner part of the piston and the foot with graphite grease or some other material. so that no heat is lost from the high temperature bath.
From the above it can be seen that baths can be used in the process whose melting point is lower, the same high, and even - if rapid and vigorous heat transfer is required - higher than the melting point of the parts to be fastened to one another. So can as the material of the bath z. B. copper, iron, nickel, silver, etc. or their alloys are used and the connection of the pistons and feet can be viewed as soldering, brazing or even as a type of weld.
If the material of the bath or of the metal to be melted or both arranged between the parts to be fastened, or the material of the piston components, is easily oxidizable, or if baths of very high temperature are used, the process is expediently reduced , e.g. B. in a hydrogen atmosphere, executed. Instead of such an atmosphere, however, a slag-dissolving or other suitable cleaning or protective material, e.g.
B. a layer made of borax who applied who cleans the surfaces to be fastened when immersed or the bath gets clean so that the melting Me tall wets the surfaces to be fastened well and ensures a flawless connection after solidification.
An embodiment of the method according to the invention will be explained in more detail with reference to the drawing.
Fig. 1 is a partial axial longitudinal section of a device used to carry out the method; 2 and 3 are longitudinal sections each of a metal tubular piston without feeds, vent tube and electrode system; FIG. 4 is a partial section of the piston and the foot according to FIG. 2 on a larger scale.
The device according to FIG. 1 is shown in its immersion position, in which the downwardly directed rims of the piston la and the little feet 1b inserted in the same (which for the sake of clarity are shown without venting tube, feeds and electrode system) simultaneously enter the molten metal existing bath 2, which z. B. made of copper, one are immersed. This bath is located in the refractory material, e.g.
B. from aluminum, existing annular crucible 3 and is by means of an electrical resistance heater, z. B. the molybdenum coil 6, caused heating of the crucible obtained in the molten state. The guided through the central opening of the annular crucible, movable frame 4, on which the feet 1b rests, can be cooled with water flowing through the pipe 5 who the, and the double-walled sleeve 10; which hugs the upper part of the piston is also cooled by water.
The water cooling of these parts or just one of them can, however, as already mentioned above, be replaced or even omitted by air cooling when assembling thin-walled pistons or feet. Likewise, the frame 4 can also be omitted if the piston and the small foot fastened in it are held by the sleeve 1.0 with the aid of springs or other organs. The radiator 6 is provided with a heat insulator 7, for. B. with aluminum oxide or fireclay, which is arranged in the jacket 7a and is penetrated by the leads of the radiator.
The jacket 7a, which does not necessarily have to be gas-tight, surrounds the gas-tight man tel 8a; the space between these coats is covered with loose thermal insulation material, e.g. B. with asbestos, and it is in it with the help of hydrogen supplied through the tube 9 to maintain a hydrogen atmosphere.
Inside the heater, a flowing hydrogen atmosphere is also maintained, with the aid of the hydrogen introduced through a pipe 14, which mainly passes through the jacket 12 into the outlet pipe 13, into which air or a neutral gas is blown through the injector pipe 11 and here is caused by a suction effect.
With such an arrangement, the hydrogen flame, which cannot be avoided when flushing a vessel that can be opened at the top, does not flicker upwards, but rather is blown out through the tube 13 without damaging the tube parts to be joined.
The power leads of the heater 6 are expediently insulated and gas-tight in the manner shown in FIG. 1 through the jacket 8a consisting of a metal plate.
The inventive method is z. B. designed so that, after the frame 4 has been lifted over the jacket 12a, a foot 1b is placed on the frame, then on this (expediently by spring force) the piston la placed in the sleeve 10 is pressed and then both through Simultaneous Be movement of the tools 4 and 10 are lowered so far ge until their relative to each other appropriately located, downward ge directed rims dip in the desired depth in the bath 2,
whereupon they are lifted out and removed after the required immersion time has expired. In practice, the whole immersion process takes place in a matter of seconds, with lingering in the bath possibly only taking a few tenths of a second. If the piston and the little foot are attached to one another by applying slight pressure before diving, and if thin-walled pistons or feet are used, the use of one of the tools 4 and 10 can also be omitted.
This working method is particularly recommended for piston and foot designs according to FIG. 3, in which the piston does not have a shoulder 1e (FIG. 2) which prevents the foot pressed into the piston from sliding excessively. Fig. 4 finally shows how the matching surfaces 17 of the rims 15 to be joined together of the piston la and the foot 1b, for example, galvanically provided with a '- # Tetallüberzug.
Advantageously, the melting point of the coating material is lower than that of the Kol ben- or Füsschenmaterials, and can be made of a metal or an alloy which is not easily oxidized, e.g. B. made of copper or a copper alloy.
After the coating has been carried out, the parts are subjected to a heat treatment (which may be the immersion itself), which means that the coating material diffuses into the materials of the piston and the foot (which are usually iron plates) on the surfaces 17 and thereby ensures a very reliable connection. However, the coating can also be applied so thickly that it itself, melting in the bath, connects the piston and the foot as soldering material.
The inventive method is of course not limited to the above example, nor to the execution with the described device enclosed. The effect of the reducing atmosphere can be improved or replaced by the application of a slag-dissolving layer used on the upper surface of the bath 2, for example. The aforementioned hydrogen flame blower can also be supplemented with gas-tight doors that automatically open and close when the tools 4 and 10 pass through, and the device can be provided with automatic piston and foot loading devices, etc.