DE19505076C2 - Verfahren zum vakuumdichten Verschließen eines metallischen Rohres, nach dem Verfahren verschlossenes Rohr sowie Verwendung des Rohres - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum vakuumdichten Ver­ schließen eines in ein evakuiertes Volumen mündenden metalli­ schen Rohres aufweisend den Verfahrensschritt, daß das Rohr durch ein Kaltverformungsverfahren derart verformt wird, daß der Durchlaßquerschnitt des Rohres im Bereich der Verformung gleich Null ist und eine Kaltpreßverschweißung im Bereich der Verformung auftritt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein nach dem Verfahren verschlossenes Rohr sowie eine bevorzugte Verwendung.

Ein bekanntes Verfahren ist bei Karlheinz Lochner et al., "Verbesserung des Vakuums in Isoliergefäßen aus Glas", Vakuum in der Praxis, 1994, Nr. 3, Seite 182, VCH Verlagsges. mbH, Weinheim 1994, beschrieben. Wird das Verfahren der eingangs genannten Art verwendet, um den Pumpstutzen eines zu evakuie­ renden Hohlraumes zu verschließen, so bietet dies gemäß der genannten Druckschrift im Vergleich zu anderen Verfahren, z. B. dem Abschmelzen eines gläsernen Pumpstutzens, den Vor­ teil, daß der im Zuge des Verschließens in dem Hohlraum auf­ tretende Druckanstieg vergleichsweise gering ist, da keine Aus­ gasungen auftreten.

Versuche bei der Röntgenröhrenherstellung haben dennoch ge­ zeigt, daß bei Röntgenröhren, deren Pumpstutzen nach einem Verfahren der eingangs genannten Art verschlossen wird, un­ mittelbar im Anschluß an den Verschlußvorgang ein Druckan­ stieg auftritt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem der im Anschluß an das Verschließen eines evakuierten Raumes auftretende Druck­ anstieg möglichst gering ist. Weiterhin soll ein Rohr angegeben werden, welches besondere Eigenschaften aufweist und eine bevorzugte Verwendung gestattet.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Ver­ fahren zum vakuumdichten Verschließen eines metallischen Roh­ res, aufweisend die Verfahrensschritte:

• a) Vorverformen des Rohres in einer solchen Richtung, daß sich lokal ein Durchlaßquerschnitt ergibt, der im Ver­ gleich zu dem des unverformten Rohres geringer ist, und
• b) Endverformen des Rohres durch ein Kaltverformungsverfah­ ren im Bereich der Verformung und in Richtung des Vorverfor­ mens derart, daß der Durchlaßquerschnitt gleich Null ist und eine Kaltpreßverschweißung auftritt.

Versuche haben gezeigt, daß der Druckanstieg im Vergleich zum Stand der Technik geringer ist, wenn das Rohr nach dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren verschlossen wird.

Es wird vermutet, daß in das Material des Rohres eindiffun­ dierte bzw. eingelagerte Gasmoleküle infolge der beim Verfor­ men des Rohres auftretenden Gefügeveränderungen frei werden. Dies würde bedeuten, daß in einem evakuierten Raum, der durch eine Kaltpreßverschweißung im Bereich des Rohres verschlossen wird, unweigerlich ein Druckanstieg infolge der frei werden­ den Gasmoleküle auftritt. Dieser Druckanstieg ist im Falle des erfindungsgemäßen Verfahrens geringer, da das Rohr be­ reits vorverformt ist und somit zum Verschließen des Rohres bzw. des evakuierten Raumes eine geringfügige Verformung des Roh­ res im Zuge der Endverformung ausreicht und eine entsprechend geringe Anzahl von Gasmolekülen frei wird. Die im Zuge der Vorverformung des Rohres frei werdenden Gasmoleküle können sich selbstverständlich nicht im Sinne eines Druckanstieges auswirken.

Als weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine höhere Standzeit der zum Endverformen des Rohres dienen­ den Formwerkzeuge zu nennen. Als zusätzlicher Vorteil ist zu nennen, daß dann, wenn das Rohr durch Schweißen oder Löten mit einem ein zu evakuierendes Volumen aufweisenden Gegen­ stand verbunden wird, der Abstand der verformten bzw. zu ver­ formenden Stelle des Rohres von der Lötnaht geringer als im Falle herkömmlicher Verfahren sein kann, ohne daß es zu unzu­ lässigen Beanspruchungen der Schweiß- bzw. Lötnaht kommen kann, sofern das Rohr in bereits vorverformtem Zustand mit dem Gegenstand verbunden wird. Bei Röntgenröhren bietet dies den Vorteil, daß das die Röntgenröhre üblicherweise umgebende Schutzgehäuse kompakter sein kann.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der zusätzliche Verfahrensschritt vorgesehen, daß sich an die Vorverformung eine Wärmebehandlung des Rohres im Sinne der Erzeugung einer guten Kaltverformbarkeit des Materials des Rohres zumindest in dem vorverformten Bereich anschließt. Hierdurch wird zum einen sichergestellt, daß die Endverformung mit geringen Ver­ formungskräften möglich ist, was sich günstig im Sinne der Standzeit der Umformwerkzeuge auswirkt. Es kommt hinzu, daß sich infolge der guten Verformbarkeit des Materials des Roh­ res in dem verformten Bereich die beim Endverformen des Roh­ res auftretenden Verformungen im wesentlichen auf den bereits vorverformten Bereich beschränken, so daß der Abstand zu einer eventuellen Schweiß- oder Lötnaht weiter verringert werden kann. Außerdem führt die Wärmebehandlung zu einer Ver­ ringerung der in dem Material des Rohres vorhandenen Gasmole­ küle, so daß der im Zusammenhang mit dem Endverformen auftre­ tende Druckanstieg in einem evakuierten Raum nochmals gerin­ ger ist.

Unter Umständen kann auf die sich an die Vorverformung an­ schließende Wärmebehandlung verzichtet werden, wenn die Vor­ verformung des Rohres durch ein Warmverformungsverfahren er­ folgt.

Gemäß einer Variante der Erfindung erfolgt die Endverformung in einem solchen Maße, daß das Rohr im Bereich der Verformung durchtrennt wird. Es sind also keine zusätzlichen Verfahrens­ schritte zum Abtrennen des jenseits der Verformung befind­ lichen Teiles des Rohres erforderlich.

Zumindest die Vor- oder die Endverformung erfolgt zwischen den einander gegenüberliegenden, parallel zueinander verlau­ fenden, balligen Umformkanten zweier Umformstempel.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Verfahrens­ schritt vorgesehen, daß das Rohr in vorverformten Zustand mit einem das evakuierte Volumen umschließenden Gegenstand ver­ lötet oder verschweißt wird. Das nach dem Verschließen des Rohres an den Gegenstand verbleibende Rohrstück kann dann be­ sonders kurz sein.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung besteht ein durch das erfindungsgemäße Verfahren verschlossene Rohr aus Kupfer, Aluminium, Nickel, einer Kupfer, Nickel oder Alumi­ nium enthaltenden Legierung oder aus Edelstahl.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Rohr als Pumpstutzen am Vakuumgehäuse einer Röntgenröhre verwendet. Auch hier kann das nach dem Verschließen des Rohres an dem Vakuumgehäuse verbleibende Rohrstück besonders kurz sein, wenn es in bereits vorverformtem Zustand mit dem Vakuumgehäuse verlötet oder verschweißt wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeich­ nungen erläutert, in denen der Herstellungsprozeß eines Gegenstandes, nämlich einer Röntgenröhre, dargestellt ist, der ein evakuiertes Volumen aufweist, in das ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verschlossenes Rohr, nämlich der Pumpstutzen der Röntgenröhre, mündet. Es zeigen:

Fig. 1 den mit dem Pumpstutzen versehenen Teil des Vakuumge­ häuses einer Röntgenröhre im Längsschnitt,

Fig. 2 den in Fig. 1 dargestellten Bereich der Röntgenröhre in einem teilweisen Querschnitt,

Fig. 3 den in das Vakuumgehäuse der Röntgenröhre gemäß den Fig. 1 und 2 eingelöteten Pumpstutzen während seiner Herstellung im Längsschnitt,

Fig. 4 einen Schnitt gemäß Linie IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 in zu der Fig. 1 analoger Darstellung die Röntgen­ röhre während des Verschließens des Pumpstutzens,

Fig. 6 in zu der Fig. 2 analoger Darstellung die Röntgen­ röhre mit verschlossenem Pumpstutzen, und

Fig. 7 den Schnitt gemäß Linie VII-VII in Fig. 6.

Gemäß den Fig. 1 und 2 besteht das Vakuumgehäuse 1 der in diesen Figuren teilweise dargestellten Röntgenröhre im Be­ reich des als Pumpstutzen ausgebildeten Rohres 2 aus einem zylindrischen Rohrab­ schnitt 1a, in den ein kreisscheibenförmiger Boden 1b vaku­ umdicht eingelötet oder eingeschweißt ist (Naht 3).

Der Rohrabschnitt 1a weist eine Öffnung auf, in die der Pumpstutzen 2 eingepaßt ist, der mit dem Rohrabschnitt 1a vakuumdicht verlötet oder verschweißt ist (Naht 4).

Der Pumpstutzen 2, der im Falle des beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispieles an sich die Gestalt eines zylindrischen Roh­ res hat, weist eine Vorverformung 5 auf, die in einer solchen Richtung erfolgt ist, daß sich lokal ein Durchlaßquerschnitt q (siehe Fig. 4) ergibt, der im Vergleich zum Durchlaßquer­ schnitt des unverformten Rohres 2 geringer ist.

Die Vorverformung 5 wird gemäß den Fig. 3 und 4 mittels zweier Stempel 6a und 6b hergestellt. Die Stempel 6a und 6b weisen einander gegenüberliegende, parallel zueinander ver­ laufende, ballige Umformkanten 7a, 7b auf, so daß die Vorver­ formung 5 die Gestalt einer beidseitigen Eindellung des Pumpstutzens 2 hat.

Das Vorverformen kann bei Raumtemperatur durch Kaltverformung oder bei erwärmtem Pumpstutzen 2 durch Warmverformung erfol­ gen.

In beiden Fällen ist es zweckmäßig, wenn sich an die Herstel­ lung der Vorverformung 5 eine Wärmebehandlung des Pumpstut­ zens 2 im Sinne der Erzeugung einer guten Kaltverformbarkeit des Materials des Pumpstutzens 2 zumindest im Bereich der Vorverformung 5 anschließt. Die Art der Wärmebehandlung hängt von dem Material des Pumpstutzens 2 ab. Als Materialien eig­ nen sich Kupfer, Aluminium, Nickel, Legierungen, die Aluminium, Kupfer oder Nickel enthalten, oder Edelstahl. Wenn die Vorverformung 5 des Pumpstutzens 2 durch Warmverformung erfolgt, kann die Wärmebehandlung unter Umständen entfallen.

Nach Herstellung der Vorverformung 5 und einer sich eventuell anschließenden Wärmebehandlung wird der Pumpstutzen 2 in der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Weise in das Vakuumgehäuse 1 eingelötet bzw. eingeschweißt.

Im Anschluß hieran wird die Röntgenröhre über den Pumpstutzen 2 mit einer Vakuumpumpe verbunden und in an sich bekannter Weise aufgeheizt und evakuiert.

Zum vakuumdichten Verschließen des Pumpstutzens 2 und damit des Vakuumgehäuses 1 wird der Pumpstutzen 2 im Bereich der Vorverformung 5 endverformt, und zwar derart, daß der Durch­ laßquerschnitt gleich Null ist und eine Kaltpreßverschweißung 10 entsteht (siehe Fig. 7).

Auch das Endverformen erfolgt gemäß Fig. 5 mittels zweier Umformstempel 8a, 8b, und zwar zwischen deren einander gegen­ überliegenden, parallel zueinander verlaufenden, balligen Umformkanten 9a und 9b.

Das Endverformen erfolgt in der aus den Fig. 6 und 7 ersicht­ lichen Weise in einem solchen Maße, daß der Pumpstutzen 2 nicht nur vakuumdicht verschlossen wird, sondern der, von der Röntgenröhre aus gesehen, jenseits der Verformungsstelle lie­ gende, nach dem Verschließen der Röntgenröhre überflüssige Teil des Pumpstutzens 2 abgetrennt wird.

Die Ausrichtung der Umformkanten 9a und 9b der Umformstempel 8a und 8b entspricht, wie aus Fig. 5 einerseits und Fig. 3 und 4 andererseits ersichtlich ist, wenigstens im wesent­ lichen der der Umformkanten 6a und 6b der Umformstempel 7a und 7b, so daß Vor- und Endverformen wenigstens im wesent­ lichen in der gleichen Richtung erfolgen.

Als wesentlichste Vorteile der Erfindung sind zu nennen, daß

• a) durch das Vorverformen des Pumpstutzens 2 der im Zuge des vakuumdichten Verschließens auftretende Druckanstieg im Vergleich zum Stand der Technik geringer ist, und
• b) die Länge a (siehe Fig. 6) des an dem Vakuumgehäuse 1 verbleibenden Teiles des Pumpstutzens 2 und damit der Ab­ stand der verformten Stelle des Pumpstutzens 2 von der Naht 4 geringer als beim Stand der Technik sein kann, da der Pumpstutzen 2 bereits in vorverformten Zustand mit dem Vakuumgehäuse 1 verbunden wird.

Die Erfindung wird vorstehend am Beispiel einer Röntgenröhre erläutert. Sie ist jedoch auch bei anderen Gegenständen und überall dort einsetzbar, wo metallische Rohre vakuumdicht zu verschließen sind.

Claims (8)

1. Verfahren zum vakuumdichten Verschließen eines in ein eva­ kuiertes Volumen mündenden metallischen Rohres (2), aufwei­ send die Verfahrensschritte

• a) Vorverformen des Rohres (2) in einer solchen Richtung, daß sich lokal ein Durchlaßquerschnitt (q) ergibt, der im Ver­ gleich zu dem des unverformten Rohres (2) geringer ist, und
• b) Endverformen des Rohres (2) durch ein Kaltverformungsver­ fahren im Bereich der Vorverformung (5) und in Richtung des Vorverformens derart, daß der Durchlaßquerschnitt (q) gleich Null ist und eine Kaltpreßverschweißung (10) auftritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, aufweisend den zusätzlichen Verfahrensschritt einer sich an das Vorverformen anschließen­ den Wärmebehandlung des Rohres (2) im Sinne der Erzeugung einer guten Kaltverformbarkeit des Materials des Rohres (2) zumindest im Bereich der Vorverformung (5).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das Vorver­ formen durch ein Warmverformungsverfahren erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem das Endverformen in einem solchen Maße erfolgt, daß das Rohr (2) durchtrennt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem zumindest das Vor- oder das Endverformen zwischen den einander gegenüberliegenden, parallel zueinander verlau­ fenden, balligen Umformkanten (7a, 7b; 9a, 9b) zweier Um­ formstempel (6a, 6b; 8a, 8b) erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, aufweisend den Verfahrensschritt, daß das Rohr (2) in vorverformtem Zustand mit einem das evakuierte Volumen umschließenden Gegenstand verlötet oder verschweißt wird.

7. Rohr (2), welches durch ein Verfahren nach einem der An­ sprüche 1 bis 6 verschlossen ist und aus Kupfer, aus Alumi­ nium, aus Nickel, aus einer Kupfer, Aluminium oder Nickel enthaltenden Legierung oder aus Edelstahl besteht.

8. Verwendung des Rohres nach Anspruch 7 als Pumpstutzen an dem Vakuumgehäuse (1) einer Röntgenröhre.