DE2534485C2 - Magnetron - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Magnetron mii einem einen Wechselwirkungsraum für Elektronen bildenden evakuierten Bereich, einer darin befindlichen Kathode und einer sie in einem Abstand ummantelnden mit wenigstens einem Teil ihrer Oberfläche in dem evakuierten Bereich (Wechselwirkungsraum) befindlichen Anode und einer mit wenigstens einem Teil ihrer Oberfläche den evakuierten Bereich begrenzenden, wenigstens einen Dauermagneten enthaltenden Anordnung zur Erzeugung eines zu dem zwischen der Kathode und der Anode ausgebildeten elektrischen Feld im Wechselwirkungsraum im wesentlichen senkrecht stehenden Magnetfeldes.

Derartige Magnetrone, wie sie herkömmlich als Mikrowellenoszillator in einom elektronischen Ofen angewendet werden, sind beispielhaft in Fig. 1 und 2 dargesteUt. Die dabei verwendeten Dauermagnete gehören der Alnicoserie oder der Ferritserie an und sind außerhalb des evakuierten Bereichs angeordnet. Im einzelnen weist In Flg. 1 und 2 ein von der Anordnung zur Erzeugung des Magnetfeldes gebildeter magnetischer Kreis den Dauermagneten 1, Magnetjochteile 2a und 26 von hoher magnetischer Permeabilität und hoher magnetischer Sättigungsinduktion und Magnetpolstücke 3o und 36 auf, wobei durch letztere in dem Wechselwirkungsraum das auf dem elektrischen Feld senkrecht stehende Magnetfeld hervorgerufen wird. Ferner sind Anodenfahnen 4 zur Bildung eines Hochfrequenzresonanzkreises vorgesehen sowie eine direkt beheizte Kathode 5, ein Strahler 6 zur Ausstrahlung hochfrequenter elektromagnetischer Wellen, ein Anodenzylinder 7 und ein Wärmeabstrahier 8 vorgesehen.

Das in Fig. 1 dargestellte Magnetron ist für einen Dauermagneten mit hoher Remanenzinduktion, jedoch kleiner Koerzitivkraft, wie beispielsweise einen Alnlcomagneten, ausgelegt. Der magnetische Kreis eines Magnetrons zeichnet sich nämlich dadurch aus, daß In dem einen Weg niedriger Permeanz darstellenden Wechselwirkungsraum eine hohe magnetische Induktion erforderlich Ist, weswegen der Dauermagnet eine starke magnetomotorische Kraft aufweisen muß. Da bei den herkömmlich verwendeten Alnicomagneten die Permeanz beim optimalen Leistungspunkt größenordnungsmäßig 18 G/Oe beträgt, muß der Dauermagnet 1 eine beträchtliche Länge aufweisen. Er ist daher in der in Fig. 1 dargestellten Weise um die Magnetronröhre herumgeführt, um die Bauhöhe in der Seitenansicht möglichst klein zu halten. Dabei sind jedoch der Dauermagnet 1 und die Polstückteile 3a und 36 durch einen beträchtlichen Abstand voneinander getrennt, so daß die Magnetjochteile 2a

und Ib eine hohe Leckperrneanz aufweisen. Ferner ist auch die Leckpermeanz der Polstückteile 3a und 36 hoch. f" Dies führt zu einer starken Streuung und schlechten Ausnutzung des magnetischen Flusses, weswegen ein ^l Nutzungsgrad über 1,5%, bezogen auf den Gesamtmagnetfluls, nicht erwartet werden kann.

Dagegen ist das in F i g. 2 dargestellte Magnetron für einen Dauermagneten von hoher Koerzitivkraft und geringer magnetischer Remanenzinduktion, wie beispielsweise einen anisotropen Ferritmagneten, ausgelegt. Der j Dauermagnet 1 ist dabei unter der Magnetronröhre angeordnet. Da bei einem Ferritmagneten die Koerzitivkraft stark ist, kann die Längendimension des Dauermagneten 1 im Vergleich zu dem Fall des in Fi g. 1 vorgesehenen Alnlcomagneten etwa um den Faktor V₂ verkürzt werden. Da außerdem der Dauermagnet 1 im Falle der Fig. 2 ; , nahe dem Polsteck 3b angeordnet und somit die Streuung des magnetischen Flusses klein ist, ist auch die ' _> Nutzung des Magnetflusses verbessert. Wenn jedoch der Ferritmagnet derart eingestellt ist, daß er seinen optimalen Leistungspunkt bei Raumtemperatur aufweist, nimmt seine Koerzitivkraft bei einer niedrigeren Umgebungstemperatur ab, wodurch eine starke irreversible Entmagnetisierung eintritt. Folglich muß bei einem höheren Leistungspunkt und damit unter schlechteren Bedingungen gearbeitet werden, bei denen der magnetische _* Wirkungsgrad gering ist. Wegen der kleinen magnetischen Remanenzinduktion muß der Dauermagnet 1 auch

einen großen Querschnitt aufweisen, so daß der von dem Dauermagneten ausgehende magnetische Fluß in den s Magnetjochteilen la und Ib kondensiert werden muß, um in den Polstücken 3a und 3b eine starke magnetische f Induktion zu bewirken. Zwischen den Jochteilen la und Ib ist daher eine hohe Leckpermeanz unvermeidlich, j was einen starken Streufluß ergibt. Ein Nutzungsgrad über 2,5% für den Magnetfluß ist daher nicht zu erwarten. '"- Da im FaI! der Fig. 2 der Dauermagnet 1 unter der Magnetronröhre angeordnet ist, ergibt sich für das Magne-ί^; tron eine ähnliche Bauhöhe wie im Fall der Fig. 1. Auch unter Verwendung neuerdings entwicke'^r Hochlei-Pi stungsrnafer.ete des Systems Se'tene Erden/Kobalt kommt man unter Zugrundelegung der für das Magnetron i, vorgesehenen Leistungsbedingungen schwerlich Iber eine Höhenverringerung von 15% hinaus.

Bei diesen herkömmlichen Magnetrons erweist es sich auch als schwierig, den Dauermagneten in dem zusammengebauten Magnetkreis mit voller Last zu magnetisieren. Daher erfolgt die Magnetisierung vor dem Zusam- S menbau, was weite Abweichungen des Arbeitspunktes vom Optimalwert zur Folge hat. Die Nutzung des magnetischen Flusses ist dadurch sehr schlecht.

Bei elektrischen Öfen mit Magnetrons wird heute eine Miniaturisierung, eine Gewichtsverringerung, ein weiter Ofenraum und ein hoher elektrischer Wirkungsgrad zur Einsparung elektrischer Energie angestrebt. Demzufolge sollten die Magnetrons eine dünne^re und leichtere Bauweise sowie eine hohe Leistungsfähigkeit aufweisen und einen nur geringen Herstellungsaufwand verursachen. Dem steht einerseits die schlechte Nutzung des magnetischen Flusses bei den herkömmlichen Magnetrons entgegen, bei denen zur Erlangung einer ausreichend großen magnetischen Induktion Im Wechselwirkungsraum ein verhältnismäßig großer Dauermagnet erforderlich ist, wodurch sich die Gesamtgröße des Magnetrons erhöht. Andererseits stehen auch infolge der Eigenschaften des Dauermagneten einer Höhenverringerung Schwierigkeiten entgegen. Die angestrebte Miniaturisierung und Gewichtsverringerung ist daher bei den herkömmlichen Magnetrons nicht erreichbar.

Bei einem bekannten Magnetron der eingangs genannten Art (GB-PS 10 98 482) ist der evakuierte Bereich von einer in zwei zueinander koaxiale Kammern unterteilten zylindrischen Kapsel umschlossen, in deren radial äußerer Kammer zwei sich in einem axialen Abstand gegenüberstehende Dauermagnete angeordnet sind, während an der Außenseite einer der radialen Stirnwände der inneren Kammer weitere Magnetblöcke angeordnet sind. Die Gadurch gebildete Anordnung zur Erzeugung des Magnetfeldes ist jedoch ebenfalls mit den vorstehend beschriebenen Nachteilen und Schwierigkeiten behaftet, we', sie keine Möglichkeiten zur Steigerung des Wirkungsgrades des Magnetkreises bietet.

Bei einem weiteren bekannten Magnetron (DE-OS 15 41 087) sind innerhalb einer einen niedrigen magneti- ^:. sehen Widerstand aufweisenden zylindrischen Kapsel zwei kegelstumpfförmige Dauermagnete angeordnet, die einander mit ihren konisch verjüngten Stirnseiten In einem axialen Abstand gegenüberstehen. Die dadurch gebildete Magnetkreisanordnung ist jeocch außerhalb des evakuierten Bereichs und von diesem völlig getrennt angeordnet. Auch bleibt dabei offen, wie die magnetischen Eigenschaften dieser kegelstumpfförmigen Dauermagnete beschaffen sind. Ebenso ist bei einem anderen bekannten Magnetron (JP-OS 15 358/74) die gesamte Magnetkreisanordnung außerhalb des evakuierten Bereichs und in einem erheblichen Abstand davon angeordnet, wobei auch hier über die magnetischen Eigenschaften des dabei vorgesehenen zylindrischen Dauermagneten nichts ausgesagt ist.

Ferner sind Magnetlegierungen der Zusammensetzung Mangan-Alurninium-Kohlensioff an sich aus der DE-PS 11 56 240 und der US-PS 36 61 567 bekannt. Insbesondere ist in -ler erstgenannten Druckschrift eine Legierung aus 70,9 % Ma, 27,6% Al und 1,5% C erwähnt, während in der letztgenannten Druckschrift auf eine Zusammensetzung der Form 72,5 % Mn, 26,2 % Ai und 1,3 % C hingewiesen ist. Tomer Ist eine Wärmebenandlung der Magnetlegierungen vorgesehen, die aus einer gesteuerten Abkühlung bzw. Temperung der über die P.ekristallisationstemperatur erhitzten Legierung ohne Verformung besteht.

Schließlich ist in der älteren, nicht vorv^röffentlichten DE-OS 24 37 444 auch schon ein anisotroper Permanentmagnet aus einer Mn-Al-C-Legierung vorgeschlagen worden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Magnetron der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, «> daß der magnetische Leckfluß des Magnetkreises vermindert und gleichzeitig die Höhe, das Gewicht und dio Gesamtgröße des Magnetrons vercingert ist.

Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Lösungsweg dadurch gelöst, daß der Dauermagnet aus einer Legierung Mangan-Aluminium-Kohlenstoff mit einer Grundzus^mmensetzung von 68,0 bis 73,0 Gew.-% Mn, ('/,o Mn-6,6) bis (V₃ Mn-22,2) Gew.-% C und dem Restanteil A/ besteht und in der Form eines Paares kegelstumpfförmig ausgebildeter Polstücke angeordnet Ist die sich mit den Enden kleineren Durchmessers gegenüberstehen und deren Vorzugsrichtungen der Magnetisierung durch Warmverformung anisotrop gegen die den kleineren Durchmesser aufweisenden Kegelstumpfenden der Polstücke konvergierend

ausgerichtet sind.

Ein dazu nebengeordneter Lösungsweg besteht darin, daß der Dauermagnet aus einer Legierung Mangan-

Aluminium-Kohlenstoff (Mn-Al-C) mit einer Grundzusammensetzung von 68,0 bis 73,0 Gew.-% Mn, ('Λο Θ^' β J(S "/, Mn-22,2) Gew-% C und dem Restanteil Al besteht, eine zylindrische Form aufweist, die Kathode koaxial umgibt und durch Warmverformung Im Bereich des äußeren Umfangs eine größere Anisotropie und stärkere Koerzitivkraft aufweist als im Bereich des Inneren Umfangs.

Durch die bei den erfindungsgemäßen Lösungen vorgesehene Magnetlegierung und die die Anisotropie

hervorrufende Warmverformung werden magnetische Eigenschaften erreicht, die wesentlich zu einer Höhen- und Größenverringerung des Magnetrons beitragen. Der solchermaßen aufgebaute Magnetkreis ist aber außerdem auch vakuumdicht, wodurch eine weitere Höhen- und Gewichtsverringerung möglich ist. Somit werden kleine, leichte und hochleistungsfähige Magnetrons In Kleinstausführung erhalten.

Auch ergeben sich hierdurch für den Fall des Einbaus des Magnetrons In einen elektrischen Ofen bessere Wahlmöglichkeiten für die Art der Anordnung. Wegen der erheblichen Verringerung in Größe und Gewicht des Magnetrons wird eine bessere Raumnutzung In dem elektrischen Ofen erreicht. Darüber hinaus 1st der magnetisehe Streuflui3 erheblich vermindert und die Nutzleistung des magnetischen Flusses gegenüber herkömmlichen Magnetrons um ein Mehrfaches gesteigert. Wegen der Längenverkürzung des magnetischen Kreises Ist es nun auch möglich, die Magnetisierung nach dem Zusammenbau vorzunehmen, wodurch die Montageschritte vereinfacht und der Dauermagnet bei seinem optimalen Arbeitspunkt betrieben werden kann, so daß die magnetischen Eigenschaften voll wirksam ausgenutzt werden. Auf diese Welse kann auch das gesamte Magnetron einheitlich ;n 7u>;^mmpngph;)iii werden, wnrliirrh eine erbehttcbe Knstp.nrp.rluktinn und Rationalisierung der Fertigung erreicht wird.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den linteransprüchen.

In der folgenden Beschreibung ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigt
Fig. 1 und 2 den Autbau herkömmlicher Magnetrons in Querschnittsansichten,

Fig. 3 den Aufbau einer Ausführungsform eines Magnetrons In einer Querschnitlsansicht.

Fig. 4 eine Querschnittsansicht eines In dem Magnetron der Fig. 3 vorgesehenen Dauermagneten, und

Fig. 5 bis 10 Querschnittsansichten zur Darstellung des Aufbaus weiterer Ausführungsformen des Magnetrons.

V> In allen Zeichnungen sind ahnliche Bauteile jeweils mit den gleichen Bezugszahlen versehen. Ein Magnetron weist gemäß Fig. 3 Dauermagnete Wa und 106 auf, die aus einer Legierung der Zusammensetzung Mangan-Aluminium-Kohlenstoff bestehen (Mn-Al-C) und die gleichzeitig auch als Polstücke ?ur Erzeugung eines Magnetfeldes im Wechselwirkungsraum dienen. Die Dauermagnete 1Oo und 10b sind innerhalb eines einen Vakuumbehälter bildenden Umkapselungsteils 11 angeordnet, in dem sich der Wechselwirkungsraum für Elektronen befindet Das Umkapselungsteil 11 ist beispielsweise aus einem Schichtengefüge einer Eisenschicht und einer Kupferschicht aufgebaut. Es kann vorgesehen sein, daß das Umkapselungsteil 11 auch als Anode und als Magnetjoch für die Dauermagnete 10a und 106 wirkt. Ferner können diese Magnete auch als Bestandteil des Umkapselungsteils ausgebildet sein. Die Verwendung von Magneten aus einer Mn-Al-C-Legierung als Dauermagnete, die wie die Dauermagnete 10o und 106 auch als Polstücke dienen, ist eingehend in der schwebenden -to US-PA mit der Seriennummer 4 91 498 beschrieben. Der Magnet wird gebildet durch Aufschmelzen und Gießen einer Grundmasse aus 68,0 bis 73.0 Gew.-% Mangan (Mn), (V₁₀ Mn-6.6) bis (V₃ Mn-22,2) Gew.-% Kohlenstoff (C) und einem Restanteil Aluminium (Al) sowie durch anschließende spanlose Warmverformung des vergossenen Materials in dem Temperaturbereich von 530 bis 830° C. Durch die spanlose Warmverformung werden einerseits die magnetischen Eigenschaften erheblich verbessert und wird zum andern die maschinelle Bearbei- +5 tung ermöglicht. So kann beispielsweise durch einen Warmfließpreßvorgang ein anisotroper Magnet erzeugt werden, bei dem sich die magnetische Remanenzinduktion auf einen Wert B_r = 6000 bis 6500 G beläuft, die Koerzitivkraft auf einen Wert _BH_C = 2200 bis 2800 Oe und das maximale magnetische Energieprodukt auf (BH)^_x = 5.0 bis 7.5 χ 10⁶ G-Oe. Eine eingehende Untersuchung der physikalischen Eigenschaften dieses Magneten, und zwar sowohl der magnetischen als auch der thermischen, elektrischen und hermetischen Eigenschäften sowie des Schweißverhaltens ergab, daß dieser Magnet eine starke Koerzitivkraft und eine dementsprechend geringe Permeanz in der Größenordnung von 1 bis 3 G/Oe am optimalen Arbeitspunkt aufweist, daß der Temperaturkoeffizient der Remanenz in diesem Magneten im Vergleich zu den Ferritmagneten klein ist unü die Entmagnetisierung bei einer niederen Temperatur bis zu der Temperatur von -180° C kleiner als -2% ist, daß die thermische und elektrische Leitfähigkeit sehr gut ist, daß der Magnet weiterhin gegen Thermoschocks sehr beständig ist und verschweißt oder silbergelötet werden kann, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient fast gleich dem des Kupfers ist und daß das Material in metallographischer Hinsicht dicht ist, so daß ein Ausgasen ebensowenig zu bemerken war wie eine Absorption von Gasmolekülen, was mithin die Verwendung als Bestandteil eines Vakuumbehälters gestattet. Es zeigte sich ferner, daß nicht nur die mechanische Festigkeit sehr hoch ist, nämlich etlichemal höher als die der herkömmlichen Dauermagnete, sondern daß auch eine exakte Bearbeitung am Innen- und Außendurchmesser usw. auf der Drehbank in der magnetischen Phase erfolgen kann.

Ein Magnet der Zusammensetzung Mn-Al-C, der durch die spanlose Warmverformung in der in Fig. 3 dargestellten Weise verjüngt wurde, hat darüber hinaus die folgenden Eigenschaften. Die durch konisches Verjüngen eines Magneten an einem stirnseitigen Ende für den magnetischen Fluß zu erzielende Fokussierungswirkung ist ähnlich jener der herkömmlichen Polstücke. Ferner sind auch die magnetischen Eigenschaften bei einem Magneten der Zusammensetzung Mn-Al-C um so besser, je mehr man sich einer scharfen Zuspitzung nähert, d. h. je stärker der Magnet konvergiert, und die Koerzitivkraft wird um so stärker, je mehr man sich in der Radialrichtung dem Umfang nähert. Infolgedessen wird der magnetische Streufluß verringert. Insgesamt wirken sich diese Erscheinungen in Kombination mithin so aus, daß der Magneteffekt durch die Fokussierungswirkung

am zugespitzten Bereich des Magneten weit besser wird, als es bei den herkömmlichen Magneten der lall ist.
Nachstehend sind verschiedene Ausführungsformen des Magnetrons In Ihren Einzelheiten beschrieben.

Ausführungsform 1

Unter Bezugnahme auf Flg. 4 sei zunächst kurz auf die Herstellung und die Eigenschaften des Mn-Al-C-Magneten näher eingegangen. Aus einem Material der Mn-Al-C-Reihe wird eine zylindrische Ronde mit einem Außenü,:.-chmesser A und einem Innendurchmesser B gegossen. Nach einer entsprechenden Wärmebehandlung wird die Ronde bei einer Temperatur um 700° C in einem Behälter einem Stauchpreßvorgang unterworfen, so daß ein Kegelstumpf wie der in Flg. 4 gezeigte entsteht. Nach dieser Behandlung wird das Material zu einem anisotropen Magneten, der eine Richtung leichter Magnetisierbarkeit entlang der Achsrichtung des Kegels aufweist. Genauer gesagt; wurde nach dem Ausschneiden kleiner Probekörper an verschiedenen Stellen und nach genauer Messung der Magnetisierung mit einem Drehmomentmesser festgestellt, daß die Richtungen der leichten Magnetisierbarkeit zur Spitze des Magneten gebündelt verlaufen, wie dies In der rechten Hälfte der F i g. 4 durch die Pfeile E angedeutet ist.

Außerdem wurden an verschiedenen Stellen des Magneten auch kleine Probekörper zur Messung seiner magnetischen Eigenschaften ausgeschnitten. Typische Stellen, an denen Probekörper ausgeschnitten wurden, sind die in der linken Hälfte der Flg. 4 mit den Buchstaben a, b. c und d bezeichneten. Hierbei entspricht die Steile α dem äußeren umfang im Bereich des größeren ÄusBeniiurchmessers A am uucieii Ende, eile Sieiie υ _ dem inneren Umfang am Innendurchmesser B des oberen Endes, die Stelle c dem äußeren Umfang Im Bereich des kleineren Außendurchmessers C am unteren Ende und die Stelle d dem inneren Umfang am Innendurchmesser B des unteren Endes. Die einzelnen Probekörper besaßen die Form eines Würfels mit einer Seitenlänge, die kleiner war als ein Fünftel der Höhe D. Die Werte für A. B, C und D hatten beispielsweise die Werte A = 45 mm, B = 10 mm. C = 20 mm und D = 12,5 mm. Die Messung der magnetischen Eigenschaften wurde an den an diesen Stellen des Magneten der obigen Ausführungsform ausgeschnittenen kubischen Probekörpern vorgenommen, die eine Seitenlänge von 2 mm aufwiesen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengestellt.

Tabelle 1

Probe- Remanenz- Koerzitiv- Energieprodukt

körper induktion kraft

Br (G) BiC(Oe) (BH)_max (x I0⁶ G ■ Oe)

a	3100	1700	1.8
b	3550	1550	2,0
C	4300	2350	4.5
d	5300	2000	4,8

Zwei Magnete mit den obigen Eigenschaften wurden dazu verwendet, das in Fig. 3 dargestellte Magnetron herzustellen. Der von dem ein Joch bildenden eisernen Umkapselungsteil 11 umschlossene Feldraum hatte einen Durchmesser von 55 mm und eine Höhe von 45 mm. Das Gewicht eines Magneten betrug 50,4 g.

Mit zwei Magneten, die jeweils eine Stärke D = 15 mm hatten, wurde in dem Magnetspalt eine magnetische Induktion B_g = 1650 G erzielt. Das Magnetron gab bei einer Anodenspannung von 4,35 kV und einem Anodenstrom von 280 mA eine Leistung von 800 W ab und der Leistungsgrad lag mithin bei 66%. Ein hervorstechendes Merkmal des Magneten liegt in der Tatsache, daß die magnetischen Eigenschaften um so besser sind, je mehr man sich dem Spitzenteil nähen, und daß die Koerzitivkraft um so stärker ist, je mehr man sich dem äußeren Umfang nähert, wie dies auch aus Tabelle 1 hervorgeht, so daß die Fokussierungswirkung für den Magnetfluß äußerst gut ist. Diese allgemeine Tendenz tritt unabhängig von den jeweiligen Dimensionen A, B, C und D in Erscheinung.

Ausführungsform 2

Wurden die Mn-AI-C-Magnete bei der ersten Ausführungsform durch einen einmaligen Vorgang der spanlosen Warmverformung ausgeformt, so sind bei dieser Ausführungsform aufeinanderfolgende Verarbeitungsvorgänge vorgesehen, um die magnetischen Eigenschaften der Magnete weiter zu verbessern. In einem ersten Verarbeitungsschritt wurden die gegossenen und wärmebehandelten Ronden bei einer Temperatur von 720° C einem Fließpreßvorgang unterworfen. Dann wurde das fließgepreßte Material durch einen Stauchpreßvorgang zu einer vorbestimmten Form spanlos verfcrmt.

Es wurde also zunächst eine gegossene zylindrische Ronde mit einem Außendurchmesser von 60 mm, einem Innendurchmesser von 10 mm und einer Länge von 100 mm hergestellt. Nach einer Wärmebehandlung wurde der gegossene Zylinder einem Warmfließpreßvorgang unterworfen, wodurch ein Zylinder mit einem Außendurchmesser von 40 mm, einem Innendurchmesser von 10 mm und einer Länge von etwa 230 mm gebildet wurde. Die Richtung der leichten Magnetisierbarkeit erstreckte sich bei diesem bearbeiteten Zylinder in der Achsrichtung und er war in sich einheitlich. Die magnetischen Eigenschaften, gernessen an senkrecht zur Achsrichtung geschnittenen Scheiben, waren die folgenden:

B, = 6300 G
_HH_C = 2300 Oe
und

(BH)_ma, = 6,2 χ 10" G ■ Oe.

Nach dem Zerschneiden des durch die Erstbearbeitung erhaltenen flleßgepreßten Zylinders In Stücke von entsprechender Lunge wurde das Material bei einer Temperatur von 680⁰C dem Stauchpreßvorgang unterworfen, wodurch ein verformtes Produkt mit den Abmessungen A = 40 mm, B = 10 mm, C = 18 mm und D = 10 mm erhalten wurde. Aus dem Formteil wurden ähnlich wie im Fall der Ausführungsform 1 Probekörper ausgesehenen, an denen die Richtungen der leichten Magnetisierbarkeit ermittelt und die magnetischen Eigenschaften gemessen wurden. Hinsichtlich der Richtungen der leichten Magnetisierbarkeit wurde ähnlich wie Im Fall der Ausführungsform 1 Konvergenz zur Achsrichtung festgestellt. Die bei den an den Stellen a, b. c und d ausgeschnittenen Probekörpern in bezug auf die Achsrichtung gemessenen magnetischen Eigenschaften sind in Tabelle 2 zusammenfassend dargestellt.

Tabelle	2	B11C(Oe)	(Ä//)„,av(.vI06 G- O)
Probe	Br(G)
körper		2500	6,6
Il	6350	2550	6,8
b	6400	2800	7,2
C	6450	2750	7,5
d	6500

Es wurden zwei der obigen Magnete zur Herstellung eines Magnetrons mit dem in Fig. 3 gezeigten Aufbau verwendet. Das Gewicht eines jeden Magneten betrug etwa 26,9 g und der von dem eisernen Jochteil 11 umschlossene Feldraum hatte einen Durchmesser von 50 mm und eine Höhe von 4! mm. In dem Spalt wurde bei einer Magnetstärke D = 15 mm und einem Spaltabstand Lg = 15 mm eine magnetische Induktion B_x = 2000 G erzielt. Bei einer Anodenspannung von 4,7 kV und einem Anodenstrom von 250 mA belief sich die von dem Magnetron abgegebene Leistung auf 800 W und der Leistungsgrad betrug 6896.

Bei den obigen beiden Ausführungsformen dieme die spanlose Warmverformung der Magnete auch zur formgebenden Bearbeitung der Bereiche am Innendurchmesser. Doch kann auch vorgesehen sein, nur die äußere Form in ähnlicher Weise durch die spanlose Warmverformung auszubilden, wogegen die Innenbohrung durch mechanische Bearbeitung gebildet wird, beispielsweise durch einen Bohrvorgang. In den magnetischen Eigenschäften unterscheiden sich Magnete, die so bearbeitet sind, kaum von denen der Ausführungsformen 1 und 2.

Im Vergleich zu den herkömmlichen Magnetrons ist bei den obigen Ausführungsformen eine weitgehende Kleinstauslegung der Magnete und des gesamten Magnetrons möglich, indem man die durch die spanlose Warmverformung zu einer Kegelstumpfform verjüngten Mn-Al-C-Magnete innerhalb des Vakuumbehälters des Magnetrons anordnet, so daß der Magnetfluß gebündelt und der magnetische Streufluß verringert wird

Soll unter Verwend-ing eines Magnetmaterials wie etwa Alnico 5 DG mit (BH),„_ax = 5 χ 10⁶ G ■ Oe ein Magnetron hergestellt werden, bei dem die Magnete in der in Fig. 3 gezeigten Weise in den Vakuumbehälter eingebaut sind, so muß jeder Magnet einen Durchmesser Z) = 54 mm haben, um den Bedingungen L₁, = 15 mm und B_% = 1500G zu entsprechen. Wenngleich der Durchmesser verringert werden kann, fällt also die Höhe größer aus. Für den praktischen Gebrauch ist dies ungünstig. Wird die Länge D unter 30 mm verringert, um dem Zweck der Kleinstauslegung zu dienen, so nimmt B_g einen Wert unter 900 G an. Zur Herbeiführung von Hochfrequenzschwingungen muß die Anodenspannung der magnetischen Spaltinduktion öj, nahezu proportional sein. Bei einer magnetischen Spaltinduktion um 900 G wird die Anodenspannung gering und es ist ein weit stärkerer Anodenstrom erforderlich, um eine Leistungsabgabe herkömmlicher Größenordnung zu erzielen. Mit einem solchen Anodenslrom wird der zulälllge Stromstärkenbereich überschritten. Es können demzufolge nur Magnetrone mit geringer Ausgangsleistung geschaffen werden.
Bei den anisotropen Ferritmaterialien handelt es sich demgegenüber um gesinterte Magnetmassen, bei denen folglich zwischen den Körnern Poren vorhanden sind, in denen in einem beträchtlichen Umfang Gasmoleküle absorbiert werden. Die Ferritmaterialien sind daher hinsichtlich ihrer Abdichtwirkung in einem Vakuumbehälter ungeeignet. Ebenso ist ein Verschweißen oder Verlöten von Ferritmaterialien, wie es zur Abdichtung in einen Vakuumbehälter erforderlich wäre, unmöglich. Ferner ist die Wärmeleitfähigkeit von Ferriten im allgemeinen gering, so daß die Wärmeabführung aus dem Heizer Schwierigkeiten bereitet, wenn in dem Vakuumbehälter ein Ferritmagnet enthalten ist. Schließlich sind Ferritmaterialien gegen Thermoschocks wenig beständig und können daher nicht innerhalb des Vakuumbehälters eingesetzt werden.

Im Vergleich zu einem herkömmlichen Magnetron mit dem in Fig. 2 gezeigten Aufbau, bei dem ein Ferritmagnet vorgesehen ist, ist bei dieser Ausführungsform des Magnetrons der magnetische Streufluß weitgehend beseitigt und mithin eine nahezu vollständige Ausnutzung des Magnetflusses möglich, so daß die Magnetgröße

auf etwa Vs des Volumens verringert ist, wiewohl die effektive magnetische Induktion in dem Spalt des Wechselwirkungsraums um etwa 15* gesteigert und das Gesap».volumen des Magnetrons auf etwa V₃ verkleinert ist.

In Fig. 5 ist eine andere Ausführungsforr; des Magnetrons dargestellt, bei der der zylinderförmig ausgebildete Dauermagnet aus der Mn-Al-C-Legierung gleichfalls als Anodenzylinder und als Bestandteil des Vakuumbehäl-

ters verwendet ist. Der Dauermagnet 12 und die Polstückc 2Oo und 206 sind hermetisch verschweißt oder verlötet. Zur Herstellung des Magneten 12 aus der Mn-Al-C-Legierung wurde wie folgt verfahren. Es wurde zu-"ächst eine zylindrische Ronde mt einem Außendurchmesser von 120 mm und einem Innendurchmesser von ■>ö mm gegossen Diese Ronde wurde bei einer Temperatur von 700° C durch einen Fließpreßvorgang zu einem Zylinder mit einem Außendurchmesser von 60 rum und einem Innendurchmesser von 40 mm verformt Das > Material wurde nach dem Warmfließpressen zu einem anisotropen Magneten, bei dem sich die Richtungen der leichten Magnetisierbarkeit entlang der Achsrichtung erstreckten. Die Messung der magnetischen Eigenschaften an Probestücken, die senkrecht zur Achse ausgeschnitten wurden, ergaben den Befund, daß In der Nahe des äußeren Umfangs eine stärkere Anisotropie, stärkere Achskomponenten der Richtung der leichten Magnetisierbarkeit und bessere magnetische Eigenschaften, etwa in Form der Koerzitivkraft, vorhanden waren als in der Nähe des inneren Umfangs. Bei der Untersuchung der Verteilung des Magnetflusses in den Seitenflächen eines herkömmlichen Magneten und des in der Achsrichtung magnetislerten; oben beschriebenen Magneten mit Hilfe eines Mikro-Hallelements zeigte sich daher, daß gegossene Magnete aus einem Material wie etwa Alnico 5 DG eine beträcht'iche Streuung in der Radlalrichtung aufweisen und In der Achsrichtung nicht als vollständig anisotrope Magnete zu betrachten sind, da ihre Seitenflächen von unterkühlten Kristallen gebildet werden, wogegen bei den Magneten aus der MnAl-C-Legierung fast keine Streuung des Magnetflusses eintritt. Weiterhin waren die magnetischen Eigenschaften des aus der Mn-Al-C-Legierung bestehenden Magneten in der Achsrichtung die folgenden: B, = 6400 G, _BH_C = 2450 Oe und (BH)_max = 6,6 χ 10⁶ G · Oe.

Die Anordnung der Fig. 5, bei weicher der Dauermagnet i2 auch als Aiiuüetizyiiiiüei uml ferner als Bestandteil des Vakuumbehälters dient, beruht auf der positiven Nutzung verschiedener Eigenschaften des Magneten aus der Mn-Ai-C-Legierung, der durch die spanlose Warmverformung zu einer für das Magnetron geeigneten Form ausgebildet wurde. Beispielsweise haben Alnicomagnete eine geringe Koerzitivkraft und eine große optimale Permeanz. Die Anordnung der Fig. 5 läßt sich daher mit einem Alnicomagneten nicht verwirklichen. Auch bei Verwendung eines Ferritmagneten oder eines neuerdings entwickelten Magneten aus einer seltenen Erde und Kobalt ist dies ganz unmöglich, da hinsichtlich der hermetischen Abgeschlossenheit und des Ausgasens Wünsche offen bleiben und die thermischen, elektrischen und Schweißeigenschaften äußerst schlecht sind. Ermöglicht wird die Anordnung der Fig. 5 nur durch die Verwendung des Magneten aus der Mn-Al-C-Legierung, da die durch den Anodenverlust erzeugten beträchtlichen Wärmemengen durch den Dauermagneten 12 wirksam nach außen abgeführt v. irden können, und da die Streuung des Magnetflusses gering ist, weil der majnetische Widerstand zwischen den Magnetpolen 20a und 206 und dem Magneten 12 dank der unmittelbar benachbarten Anordnung klein ist, und da die Erstreckung des Magneten in der Längsrichtung wegen der hohen Koerzitivkraft kleiner gehalten werden kann als bei den herkömmlichen Auodenzylindern. Die Höhe des Magnetrons der Fig. 5 kann daher weniger als 60% der Höhe eines herkömmlichen Magnetrons betragen, wobei auch eine beträchtliche Gewichtsverringerung zu erzielen ist. Die Magnetpole 3a und 36 sowie die Magnetjoche la und Ib der herkömmlichen Anordnungen der Fig. 1 und 2 sind hier gewissermaßen in die Magnetpole 20a und 2Oi integriert und stellen gleichzeitig zusammen mit dem Magneten 12 bei der Anordnung der Fig. 5 den

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Bei der Anordnung der Fig. 5 könnte die Möglichkeit erwogen werden, die Magnetpole 20a und 20ό statt des Anodenzylinders 12 aus dem dauermagnetischen Material auszubilden. Der Aufbau der obigen Ausführungsform ist jedoch vorteilhafter, da die Höhe des Magnetrons mindestens auf 80% der üblichen Höhe herabgesetzt werden kann, wenn man den Anodenzylinder als Dauermagneten sowie als einen Teil des Vakuumbehälte .· verwendet. Überdies wird auch der aus Kupfer bestehende starkwandige Anodenzylinder, in Fig. 1 und 2 mit der Bezugszahl 7 bezeichnet, wie er bei den herkömmlichen Magnetronen meistens erforderlich ist. hier nun unnötig. Auch dies trägt zur Vereinfachung der Montagevorgänge bei.

In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der in den zylindrischen Dauermagneten 12 der Anordnung der Fig. 5 eine dünne Kupferplatte 13 mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten ähnlich dem des Magneten 12 eingesetzt ist. Da diese Kupferplatte 13 ein guter Leiter ist, werden elektrische Hochfrequenzverluste herabgesetzt. Eine Verbesserung wird auch in der Festigkeit der Lötung oder Verschweißung erzielt. In dieser Beziehung können ähnliche Wirkungen auch durch Plattieren der Innenfläche des zylindrischen Dauermagneten 12 mit Kupfer oder Silber statt der Einsetzung der Kupferplatte 13 erzielt werden.

Ferner kann die Länge des Röhrenfußes bei dem Magnetron verkürzt werden, wie dies in F i g. 7 gezeigt ist. Üblicherweise wurde der Magnet in der in Fig. 2 gezeigten Weise unterhalb der unteren Fläche der Magnetronröhre vorgesehen, so daß ein langer Röhrenfluß erforderlich war. Da bei dieser Ausführungsform der Dauermagnet 12 wie in Fi g. 5 auch als Anodenzylinder dient, bedarf es hier keines langen Isolierbehälters, so daß die äußeren Leitungsteile 30 verkürzt werden können. Die Bezugszahl 40 bezeichnet ein Isolierpreßplättchen, das hermetisch abdichtend mit dem Magnetpolstück 206 verbunden ist. Die Höhe des betriebsfertigen Magnetrons, das mit Kondensatoren und Solenoiden zur Hochfrequenzfilterung versehen ist, die unterhalb des Aufbaus der Fig. 7 angeordnet sind, konnte daher im Vergleich zum herkömmlichen betriebsfertigen Magnetron um mehr ω als 20% verringert werden.

In Fig. 8 ist eine Modifikation der Ausführungsform der Fig. 3 dargestellt, bei der die Anordnung zur Erzeugung des Magnetfeldes durch die Magnete 14a und 14b aus der Mn-Al-C-Legierung gebildet sind und diese Magnete auch als magnetische Polstücke dienen. Wie aus der Beschreibung in Verbindung mit Fig. 3 zu entnehmen ist, ergibt dieser AuFoau ein sehr vorteilhaftes Magnetron. Falls der Anodenzyiinder 7 und die Magnete 14a und 146 unter gegenseitigem Direktkontakt zu einer Einheit zusammengebaut werden, können die Magnete ähnlich wie der Anodenzylinder auf Temperaturen von 80 bis 100° C erhitzt werden. Wegen der temperaturbedingten Entmagnetisierung der Magnete könnte dies gewisse Schwierigkeiten in der vollen Ausnut-

zung der Magneteägenschaften nach sich ziehen. Um diesem Verlust entgegenzuwirken, sind gemäß Fi g. f zwischen den Anodenzylinder 7 und die Magnete 14a und 14* Wärmeisolatoren IS eingefügt, wodurch de Wärmeübergang von dem Anodenzylinder 7 zu den Magneten 14a und 146 wirksam gedämmt werden kann. Ee Verwendung eines Keramikmaterials für den Wärmeisolator 15, beispielsweise Glas oder Aluminiumoxid

konnte die Temperatur der Magnete 14a und 146 beim Betrieb mit einer Hochfrequenzausgangsleistung vor

600 W nach einer Minute unter 40° C und noch nach 15 Minuten unter 50 bis 70° C gehalten werden. De Abdichtungsvorgang kann dadurch erleichtert werden, daß man den Wärmeisolator 15 mit Kupfer oder Silbe plattiert oder ein dünnes Plättchen aus Kupfer usw. darauf vorsieht.

Fia. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform des Magnetrons, bei der dünne Metallringe 16 den Anodenzylinde

7 und die Magnete 14a und 146 miteinander verbinden und den Innenraum abdichten. Diese dünnen Metall ringe 16 vermitteln ähnliche Wirkungen wie die Wärmeisolatoren 15 der Fig. 8. Da die Ringe 16 von dünnei Metallplättchen gebildet werden, haben sie einen hohen thermischen Widerstandswert und dienen als Wärmei solatoren. Diese Ringe 16 können auch einstückig mit dem Anodenzylinder 7 ausgebildet werden, indem mai die Stärke des Zylinders 7 auf beiden Seiten beispielsweise auf weniger als die Hälfte der Stärke des mittlerer Bereichs vermindert.

Bei dieser Ausführungsform bestanden die dünnen Metallringe, die zwischen den Anodenzylinder 7 und di< Magnete 14a und 146 eingefügt sind, aus Eisen mit einer Stärke von weniger als der Hälfte der Stärke de: Anodeüivlinders. Die Wärmeisolierung war sehr gut und es wurden ähnliche Wirkungen erzielt wie mit dei Wärmeisolatoren der Fig. 8. Da auch eine elektrische Verbindung besteht, ist die Anordnung überdies aucl hochfrequenzmäßig vorteilhaft. Die Metallringe 16 können auch aus Kupfer, aus Nickel, aus einer Kupferlegie rung (Legierung der Kupferserie) oder aus einer Nickellegierung (Legierung der Nickelserie) hergestellt sein.

In Fig. 10 ist eine weitere Auäführungsforrn des Magnetrons dargesteüt, wobei hier mil den BczugS2ah!en 17i und 176 Wärmeisolaioren ähnlich den Isolatoren 15a bzw. 156 der Fig. 8 bezeichnet sind. Mit den Isolatorei 17a und 176 sind Isolierbehäiter 18 bzw. 19 verbunden. Falls diese Isolierbehälter 18 und 19 aus einem ther misch isolierenden Material bestehen, können sie einstückig mit den Wärmeisolatoren 17a bzs. 176 ausgebilde sein. Weiterhin ist die Anbringung elektrisch leitender Schichten auf einem Teilbereich oder der Gesamtoberflä ehe der beschriebenen Wärmeisolatoren 17a und 176 für die Abdichtung und im Hinblick auf den Aufbau de Hochfrequenzkreises vorteilhaft.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Magnetron mit einem einen Wechselwirkungsraum für Elektronen bildenden evakuierten Bereich, einer darin befindlichen Kathode und einer sie in einem Abstand ummantelnden mit wenigstens einem Teil ihrer

5 Oberfläche in dem evakuierten Bereich (Wechselwirkungsraum) befindlichen Anode und einer mit wenigstens einem Teil ihrer Oberfläche den evakuierten Bereich begrenzenden, wenigstens einen Dauermagneten enthaltenden Anordnung zur Erzeugung eines zu dem zwischen der Kathode und der Anode ausgebildeten elektrischen Feld im Wechselwirkungsraum im wesentlichen senkrecht stehenden Magnetfeldes, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (lOo, 106; I4a, 146) aus einer Legierung Mangan-Aluminium-Kohlenstoff (Mn-Al-C) mit einer Grundzusammensetzung von 6S,0 bis 73,0 Gew.-% Mn, (Vi₀ Mn - 6 6) bis (V₃ Mn - 22,2) Gew.-» C und dem Restanteil Al besteht und in der Form eines Paares kegelstumpftörmig ausgebildeter Polstücke (10a, 106, 14a, 146) angeordnet ist, die sich mit den Enden kleineren Durchmessers gegenüberstehen und deren Vorzugsrichtungen der Magnetisierung (E) durch Warmverformung anisotrop gegen die den kleineren Durchmesser aufweisenden Kegelstumpfenden der Polstücke konvergierend ausgerichtet sind.

2. Magnetron mit einem einen Wechseiwirkungsraum für Elektronen bildenden evakuierten Bereich, einer darin befindlichen Kathode und einer sie in einem Abstand ummantelnden mit wenigstens einem Teil ihrer Oberfläche in dem evakuierten Bereich (Wechselwirkungsraum) befindlichen Anode und einer mit wenigstens einem Teil ihrer Oberfläche den evakuierten Bereich begrenzenden, wenigstens einen Dauermagneten enthaltenden Anordnung zur Erzeugung eines zu dem zwischen der Kathode und der Anode ausgebildeten elektrischen Feld im Wechselwirkungsraum im wesentlichen senkrecht stehenden Magnetfeldes, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (12) aus einer Legierung Mangan-Aluminium-Kohlenstoff (Mn-Al-C) mit einer ürundzusammensetzung von 68,0 bis 73,0 Gew.-% Mn, (V₁₀Mn - 6,6) bis (V₃Mn - 22,2)

. Gew.-% C und dem Restanteil Al besteht, eine zylindrische Form aufweist, die Kathode (5) koaxial umgibt und durch Warverformung im Bereich des äußeren Umfangs eine größere Anisotropie und stärkere Koerzitifkraft aufweist als im Bereich des inneren Umfanges.

3. Magnetron nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zylinderförmige Dauermagnet (12) die Anode bildet.

4. Magnetron nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (12) eine mit einer Metallschicht (13) überzogene oder mit einem dünnen elektrischen Leiter (13) versehene innere Oberfläche aufweist.

5. Magnetron nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (12) ein Wandungsteil des W(*.hse!wirkungsraumes bildet.

6. Magnetron nact Anspr.^-;h 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Polstückanordnung (14a, 146) und der Anode (7) ein Wärmeisolator (15a, 156) vorgesehen ist.

7. Magnetron nach Ahspru h 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Permanentmagneten (14a, 146) und der Anode (7) dünne Metallringe (16a, 166) vorgesehen sind.

8. Magnetron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß rund um die seitliche Oberfläche der Dauermagnete (14a, 146) Wärmeisolatoren (17a, 176) vorgesehen sind.