DE970576C - Verfahren zur Herstellung einer Elektronenroehre zum Anfachen ultrahochfrequenter elektrischer Schwingungen, vorzugsweise des Dezimeter- oder Zentimeterwellenlaengengebietes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Elektronenröhren zum Anfachen (Erzeugen, Verstärken, Empfangen) ultrahochfrequenter elektrischer Schwingungen, vorzugsweise des Dezimeter- oder Zentimeterwellenlängengebietes, unter Verwendung von Hohlraumresonatoren als Anfach- oder/und Steuerresonator.

In erster Linie bezieht sich die Erfindung auf Generatoren (zum Senden oder zur Erzeugung von Hilfsschwingungen beim Überlagerungsempfang) und Hochfrequenzverstärker im Sinne der Langwellentechnik (beim Senden oder Empfangen).

Im besonderen erstreckt sich die Erfindung auf solche Anordnungen, bei denen die anfachende Elektronenströmung in den Hohlraumresonator hinein- bzw. durch ihn durchgeleitet und dadurch die Anfachung des Anfachresonators bewirkt und Teile der Wandungen des bzw. jedes Hohlraumresonators als zwei Elektroden (z. B. zwei Gitter oder Gitter und Anode) wirken.

Gemäß der Erfindung wird die Elektronenröhre so gestaltet bzw. der Hohlraumresonator in der Weise mit der Röhre zusammengebaut, daß erstens sehr kleine Elektrodenabstände auf einfache Art

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hergestellt werden können und ihre Einhaltung im Betriebe mit guter Sicherheit gewährleistet ist, daß zweitens die gewünschte Wärmeabfuhr günstig vor sich geht und daß drittens die Betriebswellenlänge in einem vorgeschriebenen, gegebenenfalls verhältnismäßig beträchtlichen Wellenlängenbereich (vorzugsweise kontinuierlich) einstellbar bzw. veränderbar ist und dieses im besonderen auch bei sehr kleinen Wellen (z. B. 30 cm oder weniger), beispielsweise in einem Wellenlängenbereich von 12 bis 24 cm, möglich ist, vor allem auch in dem Falle, daß der Hohlraumresonator unmittelbar mit der Elektronenströmung gekoppelt ist und also Wandungsteile des Hohlraumes als Elektroden wirken (bzw. umgekehrt) und die damit verbundenen Vorteile gewahrt bleiben sollen. Eine bevorzugte Ausführungsform besteht erfindungsgemäß darin, daß der Hohlraumresonator aus einem von zwei Elektroden gebildeten Plattenkondensator und einem sich daran anschließenden Stück einer konzentrischen Lecherleitung besteht, dessen rohrförmige Leiter aus dem Vakuum hochvakuumdicht herausgeführt sind und das zur Veränderung bzw. Einstellung der Eigenfrequenz des Hohlraumas resonators dient. Ist außer einem Anfachresonator ein Steuerresonator vorhanden, so sind die beiden Hohlraumresonatoren vorteilhaft gleichachsig angeordnet. Ihre von der Elektronenströmung durchsetzten Feldräume sind zweckmäßig durch einen hochfrequenzfreien Raum voneinander getrennt, indem z. B. der Steuerresonator die Kathode und ein Gitter (Steuergitter), der Anfachresonator dagegen zwischen der Anode und einem zwischen der Anode und dem Steuergitter angeordneten Gitter (Beschleunigungsgitter) liegt und der Raum zwischen beiden Gittern auf eine wesentlich andere Eigenfrequenz als die Betriebsfrequenz, vorzugsweise auf eine im Vergleich zu dieser große Eigenfrequenz, abgestimmt ist und daher eine Kurz-Schlußkapazität für die Betriebsfrequenz darstellt. Erfindungsgemäß werden die Einschmelzungen bzw. hochvakuumdichten Durchführungen der Hohlraumresonatorwandungen so gewählt, daß die zu verschmelzenden Wandungsteile (insbesondere Rohre bzw. Rohrteile) eine geringere Wandstärke als die übrigen Wand- bzw. Rohrteile besitzen, und es werden im besonderen zusätzliche Mittel, vorzugsweise in Form von Spann- und Druckringen, vorgesehen, durch welche an der Ver-Schmelzungsstelle auftretende Zug- bzw. Druckkräfte (in Richtung Rohrradius) unschädlich gemacht werden.

Ein anderer Erfindungsgedanke besteht darin, eine flächenhafte, vorzugsweise indirekt beheizte Kathode in die Metallflächen, insbesondere in einen rohrförmigen Wandungsteil eines Hohlraumresonators, in der Weise einzuverleiben, daß die Wärmeabfuhr von der Kathode tunlichst herabgedrückt, gleichwohl aber für den über die Kathode und den betreffenden Wandungsteil des Hohlraumresonators fließenden Hochfrequenzstrom ein Weg mit tunlichst geringen Ohmschen Leitungsverlusten geschaffen ist.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindungsgedanken mögen die in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispiele dienen.

Abb. ι zeigt den inneren Aufbau einer Elektronenröhre nach der Erfindung,

Abb. 2 konstruktive Einzelheiten der Kathode, Abb. 3 eine Triode mit Abstimmkolben und Transformationsring und

Abb. 4 das Beispiel einer Verschmelzung, welche ohne zusätzliche Spannringe die inneren Spannungen kompensiert.

Die Röhre besitzt einen Steuerresonator und einen Anfachresonator, die beide als Hohlraumresonatoren ausgebildet sind. Der S teuer resonator liegt zwischen der Kathode und einem Gitter (Steuergitter) und der Anfachresonator zwischen der Anode und einem zwischen der Anode und dem Steuergitter vorgesehenen Gitter (Beschleunigungsgitter). Bei jedem der beiden Hohlraumresonatoren bilden die zugehörigen Elektroden Teile seiner Mantelflächen (Begrenzungsflächen). Jeder der Hohlraumresonatoren besteht im wesentlichen aus einem Stück einer konzentrischen Lecherleitung und einem plattenkondensatorartigen Teil, der von der Kathode und dem Steuergitter bzw. der Anode und dem Beschleunigungsgitter gebildet wird.

Die Röhre ist rotationssymmetrisch zu einer Achse ausgebildet, in deren Richtung die Elektronenströmung verläuft. Die Elektroden sind dementsprechend als flache (ebene) Elektroden ausgebildet. Die Anode ist mit 31, das Beschleunigungsgitter oder Zuggitter mit 45, das Steuergitter mit 48 und der Träger der emittierenden Schicht der durch eine Drahtspirale 50 indirekt geheizten Oxydkathode mit 49' bezeichnet. Die Anode 31 wird von einer Metallscheibe gebildet, die das Rohr 23 an seinem einen Ende in galvanischer Verbindung abschließt. Das Beschleunigungsgitter 45 wird von einem Metallnetz gebildet und steht über die Metallteile 43 und 46 mit dem konzentrisch zum Metallrohr 23 angeordneten Metallrohr 24 in galvanischer Verbindung. In entsprechender Weise steht das ebenfalls aus einem Metallnetz (Drahtgewebe) bestehende Steuergitter 48 in galvanischer Verbindung mit dem Metallrohr 34. Die Blechdose 49 ist auf ihrer Deckfläche 11c 49' mit einer emittierenden Schicht bedeckt; 49' bildet somit die eigentliche Kathode. Die Blechdose 49 enthält den spiralförmigen Heizdraht 50. Im übrigen ist sie galvanisch mit dem Metallrohr 33 verbunden, das von dem Metallrohr 34 konzentrisch umgeben ist. Zwischen den Metallrohren 23 und 24 ist ein hochvakuumdichter Abschluß mit Hilfe einer Keramikscheibe 25 gebildet, die in der gezeichneten Weise geformt ist. Die untere zugespitzte Fläche der Keramikscheibe 25 bildet zusammen mit den angrenzenden Flächen der 'Rohre 23, 24 zwei Rillen, in die der Glasfluß 26 eingeschmolzen ist. In entsprechender Weise ist ein hochvakuumdichter Abschluß zwischen den Rohren und 34 hergestellt. Die dort zur Verbindung von Keramikscheibe und Metallrohr dienenden

Schmelzflüsse sind ζ. B. mit 41 und 54 bezeichnet. Konzentrisch zur Rohrachse ist ein Glaszylinder 30 vorgesehen, der an seinen Stirnflächen mit den zugeschrägten Rändern 20 bzw. 36' der Metallteile 28 bzw. 36 verschmolzen ist. Die Metallteile 28 bzw. 36 sind durch Verschweißen über die Metallteile 27 bzw. 35 mit dem Rohr 24 bzw. 34 verbunden. Der aus Metall bestehende Pumpstutzen 17 ist an der Innenfläche des Rohres 23 angebracht, das mit einigen sehr kleinen Durchbohrungen versehen ist, um das Evakuieren zu ermöglichen. An die Innenfläche des Rohres 33 ist ein Metallteil 52, 37 angesetzt, durch den die eine Stromzuleitung 38 der Heizspirale 50 hindurchgeführt ist. Am Ende des Metallröhrchens 37 ist dieses mit dem Stromzuführungsdraht 38 durch eine Glasperle 39 verschmolzen und auf diese Weise an dieser Stelle der hochvakuumdichte Abschluß erzielt. Im Innern des Rohres 34 ist ein Keramiksteg 51 auf einem darunter befindlichen Metallflansch gelagert. Der Keramiksteg 51 dient zur Führung und Zentrierung des Stromzuführungsdrahtes 38. Das Metallrohr 33 stellt die zweite Stromzuleitung für die Heizspirale 50 dar.

Statt dessen können zwei Heizstromzuleitungsdrähte vorgesehen und entsprechend nach außen geführt sein. Die Metallrohre 24 und 34 sind an ihren einander zugekehrten Enden durch ein mit Getterstoff gefülltes Metallröhrchen4O (aus Nickel) miteinander verbunden, das an seinen Enden offen und gegebenenfalls mit einem Schlitz in seiner Mantelfläche versehen ist. Zum Zwecke der Verdampfung des Getterstoffes wird eine Spannungsquelle zwischen den Rohren 24 und 34 angelegt und ein Strom durch das Metallröhrchen 40 geschickt und auf diese Weise die Verdampfung des Getterstoffes verursacht. Schließlich wird das dünne Metallröhrchen 40 durchgeschmolzen, indem der hindurchgeschickte Strom entsprechend gesteigert wird. Um zu vermeiden, daß die Gettersubstanz auf die Elektroden gelangt, ist ein Abschirmblech 42 vorgesehen. Die beiden Rohre 23 und 24 sind, wie schon erwähnt, mittels einer Keramikscheibe 25 hochvakuumdicht verbunden.

Nach dem Schmelz Vorgang besteht nun die Gefahr, daß bei der Abkühlung sich das innere Kupferrohr 23 infolge des großen Ausdehnungskoeffizienten des Kupfers zu stark zusammenzieht und infolgedessen die Verbindung zwischen diesem Kupferrohr und dem Glasfluß bzw. der Keramik wieder zerreißen könnte. Um dies zu vermeiden, ist gemäß der Erfindung innerhalb des Rohres 23 ein Ring 32 (»Spannring«) vorgesehen, der aus einem Material (Metall, Keramik oder Glas) besteht, dessen Ausdehnungskoeffizient kleiner ist als die Ausdehnungskoeffizienten der Glasflüsse 26 und der Keramik 25. Dieser Ring 32 stellt daher gewissermaßen ein Widerlager dar, das eine zu starke Zusammenziehung des Kupferrohres 23 bei der Abkühlung und damit das Zerreißen der vakuumdichten Verbindung zwischen Keramik und Kupferrohr verhindert. Dieser Ring 32 besteht im gezeichneten Ausführungsbeispiel aus Glas, das auf die Innenfläche des Rohres 23 aufgeschmolzen ist. Um bei dem Einschmelz-Vorgang das Glas 32 in der gewünschten Lage zu halten, kann es zunächst in einer Art Führungskörper angebracht werden, der nach Beendigung des Einschmelzvorganges abgenommen werden kann. Dieser Führungskörper kann z. B. aus einem Lehrdorn aus Graphit oder, besser, aus einer Kupferhülse bestehen; er ist in dem gezeichneten Ausführungsbeispiel nicht dargestellt. Die untere Einschmelzung (mit den Glasflüssen 41 und 54) ist entsprechend ausgebildet und mit einem Spannring 55 (aus Glas) versehen. Auf die hochvakuumdichten Verschmelzungen der Kupferrohre mit der Keramik wird bei der Schilderung der Abb. 3 noch näher eingegangen.

Beim Zusammenbau der Kathode mit dem als Steuerresonator dienenden Hohlraumresonator bzw. dessen Metallrohr 33 wird zweckmäßig die Einrichtung so getroffen, daß durch den Zusammenbau der Kathode mit den ausgedehnten Metallflächen nicht eine nachteilige Wärmeableitung eintritt. Um dies zu erreichen, ist ein Aufbau getroffen, wie er näher in der Abb. 2 veranschaulicht ist. Die aus Nickel bestehende Dose 49, deren Deckfläche 49' mit emittierender Schicht bedeckt ist und die die Heizspirale 50 enthält, ist so angeordnet, daß sich zwischen ihrer unteren Deckfläche und dem zugekehrten Ende des Rohres 33 ein gewisser, wenn auch geringer Zwischenraum befindet (Abb. 1). Insoweit ist also die Kathode wärmeleitungsmäßig von dem Rohr 33 isoliert. Andererseits ist es aber notwendig, dem über die Kathode 1,1' und das Rohr 33 verlaufenden Hochfrequenzstrom einen möglichst guten Übergang zu schaffen, so daß möglichst geringe Ohmsche Leitungsverluste entstehen. Auch hierbei muß aber darauf Rücksicht genommen werden, daß die Wärmeableitung von der Kathode auf das Rohr 33 tunlichst gering gehalten wird. Um dies zu erreichen, ist nun die Blechdose 49 mit einigen, z. B. drei, aus Molybdän bestehenden Zungen 56 versehen, während andererseits in dem der Kathode zugekehrten Ende des Metallrohres 33 Ausschnitte 57 angebracht sind, die in ihrer Form und Größe den Zungen 56 angepaßt sind. Die Zungen 56 können in die Ausschnitte 57 hineingeschoben werden. Es sind jedoch die peripherischen Abmessungen der Ausschnitte so groß gewählt, daß zwischen den Zungen 56 und den benachbarten Rändern der Ausschnitte 57 keine mechanische Verbindung vorhanden ist und dementsprechend die Wärmeableitung unterbrochen ist. An ihrem der Kathode 49 abgewandten Ende sind nun die Zungen 56 an dem Rohr 33 bzw. der Außenfläche desselben durch Verschrauben, gegebenenfalls durch Verlöten, befestigt. Auf diese Weise ist der elektrische Kontakt zwischen der Kathode und dem Rohr 33 unter tunlichster Unterdrückung der Wärmeableitung von der Kathode hergestellt.

Die Kathode 49 bildet zusammen mit ihrer Heizspirale 50, ihrer Stromzuleitung 38 (im Falle des Vorhandenseins von zwei Heizstromzuleitungen

mit beiden Heizstromzuleitungen), dem Isolator 51 und den Haltebändern 56 eine bauliche Einheit. Zu diesem Zweck ist der Isolator 51 auf einem Nickelring 51' befestigt, an dem die Zungen 56 ihrerseits befestigt sind; an dem Isolator ist auch der Stromzuführungsdraht 38 befestigt. (Diese Befestigung ist nicht eingezeichnet; im Falle von zwei Heizstromzuleitungen sind beide Heizstromzuleitungen durch den Isolator 51 hindurchgeführt und an ihm befestigt.) Der Wolframdraht der Heizspirale ragt nur ein kleines Stück aus der Blechdose 49 hinaus und geht dann in den Stromzuführungsdraht 38 (aus Nickel) über. Zunächst wird die erwähnte bauliche Einheit hergestellt und zum Zwecke der Entgasung vorgeglüht. Dabei wird der Wolframdraht verhältnismäßig spröde. Durch den geschilderten Aufbau ist jedoch die Gefahr einer Beschädigung (Brechen) des Wolframdrahtes vermieden (durch die Abstützung der Heizstromzuleitung 38 und der Zungen 56 an dem Isolator 51). Zweckmäßig wird die obere Deckplatte 49' der Blechdose 49, die mit dem unformierten Oxyd bedeckt ist, erst nach dem Vorglühen auf die Blechdose 49 aufgesetzt. Die Formierung · der Oxydschicht erfolgt dann in üblicher Weise im Vakuum (nach vollendetem Zusammenbau der Röhre).

Die Rohre 23, 24 und 33, 34 sowie die Anode 31

bestehen aus Kupfer, die die Gitter 45, 48 bildenden Drahtnetze aus Molybdän. Die Teile 2.7,35 bestehen aus Eisen und sind mit den Teilen 24 bzw. 34 verlötet. Die Teile 28,36 bestehen aus einer 5o°/oigen Nickeleisenlegierung und sind mit den Teilen 27 bzw. 35 verschweißt. Die Teile 17 und 52, 37 bestehen ebenfalls aus einer 5o°/oigen Nickeleisenlegierung (oder Kovar) und sind in die Teile 23 bzw. 33 eingelötet.

Der Herstellungsvorgang der erfindungsgemäßen Röhre ist der folgende: Es werden zunächst die hochvakuumdichten Verschmelzungen der Kupferrohre 23 und 24 mit der Keramikscheibe 25 und der Kupferrohre 33, 34 mit der Keramikscheibe 25' hergestellt. Danach werden die Teile 52, 37, 17, 27, 3S> 3i> 43 und 43' durch Verlöten (im Ofen) mit den Kupferrohren 23 bzw. 24 bzw. 33 bzw. 34 verbunden. Nachdem alle die in Frage kommenden Verlötungen mit den Kupferrohren hergestellt sind, werden die Kathode bzw. das in Abb. 2 oben gezeigte Gebilde und die Gitter aufmontiert. Das letztere geschieht in der Weise, daß ζ. Β. das das Gitter 45 bildende Drahtnetz mit seinem linken Ende mittels einer Schraube auf dem dem Teil 40 aufliegenden Teil des federnden Winkels 46 befestigt wird, dann über den federnden Winkel 46 hinübergezogen und auf dem Bock 43 durch Aufschrauben (bei 44) und gegebenenfalls zusätzliches Verlöten befestigt wird. Bei dem Befestigen auf 43 wird das Drahtnetz so weit angezogen, daß der federnde Winkel 46 die gewünschte Spannwirkung ausübt. In entsprechender Weise wird das Gitter 48 aufmontiert, und zwar mit Hilfe^ des in der Zeichnung links befindlichen federnden Winkels und des rechts befindlichen Spannbockes 43'. Vorher ist der Glaszylinder 30 mit den Teilen 28 bzw. 29 und 36 bzw. 36' verschmolzen worden. Nunmehr werden in den Glaskolben 30 die Kupferrohre 23, 24 und 33, 34 mit den daran befestigten Teilen eingeführt und einerseits die Teile 27 und 28 und andererseits die Teile 35 und 36 durch Verschweißen verbunden. Danach gelangt die Röhre auf den Pumpstand und wird evakuiert, ausgeheizt und die Formierung der Oxydkathode durchgeführt.

Die Abb. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar für den Fall, daß nur ein Gitter und nur ein auf die Betriebsfrequenz abgestimmter Hohlraumresonator (als Anfachresonator) vorhanden ist und die Anordnung insbesondere in Eigenerregung arbeitet. Eine Röhre nach der Abb. 3 kann als Sender z. B. direkt auf eine Antenne arbeiten oder aber z. B. bei mehrstufigen Anordnungen als Steuersender bzw. Oszillator dienen.

Die Kathode ist in der Abb. 3 eine indirekt geheizte Oxydkathode. Sie besteht aus einer Blechdose ιοί (aus Nickel), deren eine Deckfläche 101' mit der emittierenden Schicht bedeckt ist. Die emittierende Schicht wird durch einen in der Blechdose angeordneten, zweckmäßig spiralförmigen Heizdraht beheizt, dessen Stromzuleitungen mit 105 und 106 bezeichnet sind. Von der eigentlichen Kathode, der emittierenden Schicht 101', kann der Anodenstrom über einen oder zwei Stromzuführungsdrähte 104 und 107 abfließen. Gegenüber der Kathode 101' ist das Gitter 102 und wiederum diesem gegenüber die Anode 103 angeordnet. Die Anode 103 wird von einem dünnwandigen Rohr 110 (aus Kupfer) getragen, während das Gitter 102 über Metallteile 113, 114, 115, 112 mit einem dünnwandigen Rohr in (aus Kupfer) in Verbindung steht. In dem gezeichneten Ausführungsbeispiel wird das Gitter insbesondere von einem bandförmigen Drahtgewebe gebildet. Dieses Drahtgewebeband ist an seinem einen (linken) Ende auf dem Teil 114 befestigt. Es wird in der Weise hergestellt, daß das auf dem Teil 114 befestigte Band über den federnden Winkel 115, 112 (Spannwinkel) gezogen, nach unten abgewinkelt und auf dem Teil 112 des Winkels befestigt wird. Der federnde Winkel 112, 115 hat wiederum den Zweck, das Gitter bei Temperaturänderungen selbsttätig straff gespannt zu halten. Die beiden aus Kupfer bestehenden Metallrohre r 10 und in besitzen verhältnismäßig geringe Wandstärke in der Größe von 0,05 bis 0,5 mm, was vom Rohrdurchmesser in der Weise abhängt, daß das Rohr kleineren Durchmessers eine geringere Wandstärke als das Rohr größeren Durchmessers besitzt. Das Rohr no kleineren Durchmessers hat z. B. eine Wandstärke von 0,15 mm, das Rohr in größeren Durchmessers eine Wandstärke von 0,2 mm. Die beiden Kupferrohre 110, in sind nun durch die Keramikscheibe 130 mit Hilfe je eines Glasflußringes 131, 132 hochvakuumdicht miteinander verbunden. Auf der einen Seite hat der Keramikring die dargestellte Form, die mit der eines

Kegelstumpfes zu vergleichen ist. Er bildet mit den Rohren no, in Rillen, in denen sich der Glasfluß befindet und bei der Herstellung der Verschmelzung in Form je eines Glasringes eingelegt wird.

Die Verschmelzung erfolgt zunächst nach dem folgenden besonderen Verfahren im Ofen, so daß die Kupferteile praktisch vollkommen blank bleiben: Kupferteile und Glasring werden mittels

ίο Keramiklehre eingelegt und bis 630⁰ C im Hochvakuum erhitzt. Bei Erreichen dieser Temperatur wird eine bestimmte Menge von reinem Sauerstoff in den Ofen eingelassen, wobei sich das Kupfer mit einer Kupferoxydulschicht überzieht. Nach dem Einlassen des Sauerstoffs wird der Ofen mit Stickstoff von nahezu Atmosphärendruck gefüllt und anschließend bis 1030⁰C erhitzt. Das Vorhandensein des Stickstoffs ist erforderlich, weil der weich werdende Glasfluß im Vakuum schäumen würde. Sobald das Glas schmilzt, nimmt es den in der Oxydulschicht gebundenen Sauerstoff auf, die Kupferoxydulschicht verschwindet unterhalb des Glasflusses. Anschließend wird der Ofen bis 630⁰ C abgekühlt, der Stickstoff wird entfernt und eine bestimmte Menge reinen Wasserstoffs in den Ofen eingelassen, um die noch vorhandenen Reste des Kupferoxyduls zu reduzieren. Nach kurzer Zeit wird der Wasserstoff ausgepumpt und der Ofen unter Hochvakuum bis auf Zimmertemperatur abgekühlt.

Um eine Bildung von Gasblasen am Grunde des Schmelzflusses zu verhindern, kann die Keramikscheibe an ihrem zylindrischen Teil mit Nuten versehen sein, so daß sich etwa am Grunde des Glasflusses bildende Gase entweichen können.

Bei dem Einschmelzvorgang besteht nun die Gefahr, daß bei der Abkühlung sich das innere Kupferrohr 110 infolge des großen Ausdehnungskoeffizienten des Kupfers zu stark zusammenzieht und infolgedessen die Verbindung zwischen diesem Kupferrohr und dem Glasfluß bzw. der Keramik wieder zerreißen könnte. Um dies zu vermeiden, ist innerhalb des Rohres 110 in gleicher Höhe mit der Verschmelzungsstelle ein Ring 135 (»Spannring«) vorgesehen, der aus einem Material (Metall, Keramik oder Glas) besteht, dessen Ausdehnungskoeffizient kleiner ist als die Ausdehnungskoeffizienten des Glasflusses 131, 132 und der Keramik 130. Dieser Ring 135 stellt gewissermaßen ein Widerlager dar, das eine zu starke Zusammenziehung des Kupferrohres 110 bei der Abkühlung und damit das Zerreißen der vakuumdichten Verbindung zwischen Keramik und Kupferrohr verhindert. Dieser Ring 135 besteht im gezeichneten Ausführungsbeispiel aus Glas, das auf die Innenfläche des Rohres 110 aufgeschmolzen ist. Um bei dem Einschmelzvorgang das Glas 135 in der gewünschten Lage zu halten, kann es zunächst, wie schon erwähnt, in einer Art Führungskörper angebracht werden, der nach Beendigung des Einschmelzvorganges abgenommen wird und in dem gezeichneten Ausführungsbeispiel nicht dargestellt ist. Um die Einschmelzstelle des weiteren zu festigen, ist in gleicher Höhe mit ihr das äußere Rohr in mit einem Metallring 133 verbunden, und zwar im gezeichneten Beispiel mittels eines Glasschmelzflusses 134. Um das Glas vor dem Einschmelzvorgang in die gewünschte Lage zu bringen, ist der Metallring 133 sozusagen als Behälter ausgebildet. Nach Beendigung des Schmelzvorganges ist durch den Glasfluß 134 der Teil 133 mit der Außenfläche des Rohres in fest verbunden. Die Ausdehnungskoeffizienten des Glasflusses 134 und des Metalls 133 (vorzugsweise Nickeleisenlegierung) sind größer als die Ausdehnungskoeffizienten der Keramikscheibe 130 gewählt, so daß der Glasring 134 und insbesondere der Metallkörper 133 einen Schrumpf druck auf das Rohr in und damit auf die beiden hochvakuumdichten Verbindungen zwischen Keramik und den beiden Rohren 110, in ausübt. Der Glasfluß 134 dient im übrigen im wesentlichen zum Befestigen des Metallteiles 133 an dem Rohr in, da in Anbetracht der Dünnwandigkeit desselben ein Verlöten nicht angängig bzw. mit Schwierigkeiten verbunden ist.

Den äußeren Druckring 133 kann man mit Vorteil aus 50*Voigem Nickeleisen oder Chromeisen oder aus Keramik T 2 herstellen, während für den Glasfluß 134 Bleiglas oder Glas i6^m von Schott geeignet ist. Der Keramikring 130 kann vorteilhafterweise aus Frequenta oder Calit bestehen, der Glasfluß 131 und 132 aus Fiolaxglas oder Glas 2954¹¹¹ von Schott. Der innere Druckring (Spannring) besteht z. B. zweckmäßig aus Fiolaxglas. Er kann statt dessen aus Wolfram, Molybdän, Tantal, Kovar, D-Masse oder K-Masse bestehen und unter Verwendung von Glas G 20, Wolfram oder Molybdäneinschmelzglas mit der Innenfläche des Rohres 110 verschmolzen werden. Die Verschmelzung der Keramik 130 mit den Kupferrohren und das Aufschmelzen des Spannringes 135 und des äußeren Druckringes 133 erfolgen zweckmäßig in einem Arbeitsgang im Vakuumofen nach den oben geschilderten Verfahren. Danach werden Anode und Gitter auf die Metallrohre 110, in aufgesetzt. Von besonderer Wichtigkeit ist der Spannring 135 (bzw. 32, 55, Abb. 1), während der Druckring 133 (bzw. 133, 134) gegebenenfalls fortfallen kann (Abb. 1).

Will man an Stelle der Verschmelzung mit Glasflüssen eine Verlötung mit Metall anwenden, so sind Hartlote aus Silber oder Silber-Kupfer-Legierungen gut geeignet.

Auf den Metallteil 113 ist eine Kappe oder Haube 124 aus Metall (Kupfer) aufgesetzt, die in ihrer Mitte einen Ausschnitt besitzt, in welchem unter Freilassung eines kreisringförmigen Zwischenraumes (zwecks thermischer Isolation) die Blechdose ι der Kathode angeordnet ist. Die Stromzuführungsdrähte 104, 105, 106, 107 sind ebenso wie zwei Metallstützen 108 und 109 in eine Glasbrücke 144 eingeschmolzen. Diese ist durch die auf dem Metallteil 124 befestigten Metallstützen 108, 109 getragen und auf diese Weise die Halterung der Kathode bewirkt. Bei Fortfall der Haube 124 kann z. B. die Glasbrücke mittels Stütz-

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streben auf dem Metallteil 113 gelagert sein. An das Rohr in schließt sich an einer Verdickung über den flanschförmigen Metallteil 119 ein Metallzylinder 120 (z. B. aus Eisen) an, der an seinem anderen Ende durch eine metallische Deckplatte 121 abgeschlossen ist und den übrigen Teil des hochvakuumdichten Abschlusses bildet. An der Deckplatte 121 ist der aus Metall bestehende Pumpstutzen 122 vorgesehen. Im Anschluß an die Glasbrücke 144 sind die Stromzuleitungen 104, 105, 106, 107 für die Kathode zweckmäßig flexibel ausgebildet und im übrigen durch je ein an seinem einen Ende durch eine Glasplatte 136 abgeschlossenes Metallröhrchen 125 hachvakuumdicht nach außen geführt (gezeichnet ist ein solches Röhrchen). Auf die Deckplatte 121 ist ein haubenartiger Teil 123 aufgesetzt, der ebenfalls aus Metall besteht und den Pumpstutzen 122 und die Röhrchen 125 umschließt und einen mechanischen Schutz für diese Teile nach außen hin bildet.

Die in Abb. 1 und 3 gezeigten Verschmelzungen zwischen zwei Kupferrohren und dem Keramikring können, um ein Zerreißen oder Anreißen der Verschmelzung an dem inneren Rohr zu verhindem, auch in der Weise ausgebildet sein, wie dies in Abb. 4 in einer beispielsweisen Ausführungsform dargestellt ist. Darin ist der Außenleiter mit 153 und der Innenleiter mit 154 und der Keramikring mit 155 bezeichnet. 156 ist der Glasfluß, der zum Verschmelzen des Rohres 153 mit dem Keramikring 155 dient. Der Innenleiter 154 geht — von oben aus betrachtet — unter Bildung einer Kappe auf einen etwas geringeren Durchmesser über. Durch entsprechende Formung des Keramikringes 155 ist erreicht, daß dieser mit dem Teil 157 des Innenleiters eine Rille bildet, in der sich der Glasfluß 158 zur Verschmelzung der Keramikscheibe ISS ^mit dem Innenleiter 154 bzw. dessen Teil befindet. Das Einschmelzglas kann z. B. in Form eines Ringes eingelegt werden. Tritt nun bei dem Abkühlen der Verschmelzung ein Zusammenziehen des Innenleiters 154 ein, so wirkt sich dieses dahin aus, daß dessen Teil 157 eine Schrumpfwirkung auf die zwischen ihm und dem Keramikring 155 befindliche Verschmelzung ausübt und auf diese Weise ein Zerreißen dieser Verschmelzung verhindert wird. Diese Art der Verschmelzung zwischen Keramikring und Innenleiter ersetzt also sozusagen den in den Abb. 1 und 3 als Spannring bezeichneten Teil 32, 55 bzw. 135.

Die Vakuumsgefäßwandung 30 (Abb. 1) wird zweckmäßig nicht durch Verschmelzen, sondern durch Verschweißen angefügt. Wenn sie daher wie im Fall der Abb. 1 aus Isoliermaterial besteht, ist an das Isoliermaterial zunächst ein Metallteil 28 bzw. 36 anzuschmelzen und dann dieser Metallteil (an die Teile 27 bzw. 35) anzuschweißen. Auf diese Weise wird eine nachteilige Oxydation der Kupferteile der Anordnung vermieden.

An Stelle der in den Abbildungen gezeigten dosenförmigen Kathode mit kreisförmigem Querschnitt kann in Anpassung an die rechteckförmige Form des bzw. der Gitter eine kastenförmige Kathode (mit rechteckigem Querschnitt) angewendet werden und gegebenenfalls auch die Anode bzw. deren Stirnfläche rechteckigen Querschnitt erhalten.

Claims (10)

1. PATENTANSPKÜCHE:

   i. Verfahren zur Herstellung einer Elektronenröhre zum Anfachen (Erzeugen, Verstärken, Empfangen) von ultrahochfrequenten elektrischen Schwingungen, insbesondere des Dezimeter- oder Zentimeterwellenlängengebietes, bei der zur Bildung eines Hohlraumresonators zwei konzentrische Leiter dienen, die mittels ringförmiger Verschmelzungen hochvakuumdicht durch die Röhrenwandung hindurchgeführt sind, und welche außerhalb des Vakuums mit Abstimmitteln versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verschmelzenden Wandungsteile, insbesondere die aus Kupfer bestehenden Leiter bzw. Rohre, an der Stelle der Verschmelzung (mit der Keramikscheibe 25 bzw. 130) bzw. innerhalb des Vakuums und in unmittelbarem Anschluß daran eine verringerte Wandstärke (von beispielsweise 0,15 bis 0,2 mm) erhalten und an der Verschmelzungsstelle zusätzliche Mittel (3²> 55 in Abb. 1 bzw. 135 und 133 in Abb. 3 bzw. 155, 157 in Abb. 4) zur Unschädlichmachung von inneren Spannungen verwendet werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise in Richtung des Rohrradius an der Verschmelzungsstelle auftretenden Zug- bzw. Druckkräfte durch zusätzliche Spann- und Druckringe unschädlich gemacht werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spann- (und Druck-) Ringe aus einem Material bestehen, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient kleiner (größer) ist als derjenige der Schmelzflüsse und der Keramik.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einschmelzvorgang der Spann- bzw. Druckring durch einen Führungskörper, welcher keine Verbindung mit ihm eingehen kann, in seiner vorgesehenen Lage gehalten wird, beispielsweise einen Lehrdorn aus Graphit oder eine Keramiklehre.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß nach Einlegen des Spannringes (beispielsweise aus Glas) und der Kupferteile mit Hilfe einer Lehre zunächst im Hochvakuum bis 630⁰C erhitzt wird, danach bei dieser Temperatur mittels reinen Sauerstoffs eine Kupferoxydulschicht erzeugt wird und anschließend in einem Schutzgas, beispielsweise Stickstoff von nahezu Atmosphärendruck, weiter bis zur Schmelz-

   temperatur des Glasflusses (etwa 1030⁰C) erhitzt wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß während der Abkühlung zunächst bei 630⁰C der Stickstoff entfernt wird und mittels reinen Wasserstoffs die noch vorhandenen Reste des Kupferoxyduls reduziert werden und anschließend im Hochvakuum auf Zimmertemperatur abgekühlt wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß nach Fertigstellung der hochvakuumdichten Verschmelzungen der Kupferrohre für die Resonatoren mit den Keramikringen weitere Metallteile mit den Kupferrohren durch Verlöten im Ofen verbunden werden.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß nach Herstellung der Verschmelzungen und der Verlötungen die vorzugsweise indirekt geheizte Kathode (Abb. 2) montiert wird, welche im wesentlichen aus einer Blechschachtel (Nickel) mit kreisförmigem oder rechteckigem Querschnitt besteht, deren Deckel die emittierende Schicht trägt und mittels Zungen (56) aus Metallen, wie Molybdän, Wolfram u. dgl., mit der Wurzel von Ausschnitten (57) eines dem Hohlraumresonator angehörenden Rohres (33) verbunden ist, so daß sie unter Herabdrosselung der Wärmeableitung den Metallflächen des Hohlraumresonators einverleibt ist.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Gitter aus Drahtgewebeband hergestellt und mittels eines federnden Metallwinkels (»Spannwinkel«) unter Vorspannung befestigt werden.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß nach Montage der Elektroden und ihrer Zuleitungen, dem Verschließen der Röhre sowie dem Pumpen, Ausheizen und Formieren der Kathode die Getterung in der Weise erfolgt, daß ein Metallröhrchen (40), welches den Getterstoff enthält und zwei Elektroden (24, 34) zunächst leitend miteinander verbindet, mittels Stromdurchgang zur Verdampfung des Getterstoffs erhitzt wird und anschließend durch Steigerung der Stromstärke zum Durchschmelzen gebracht wird.

    In Betracht gezogene Druckschriften:
    Schweizerische Patentschrift Nr. 192683;
    Espe-Knoll, »Werkstoffkunde der Hochvakuumtechnik«, Berlin 1936, S. 325, 326, 343, 352.

    55 In Betracht gezogene ältere Patente:

    Deutsche Patente Nr. 734 115, 749568, 905288, 906499, 906595.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

    ©a» 665/41 11.5a