DE976657C

DE976657C - Elektronenroehre fuer ultrakurze Wellen zur Erzeugung grosser Leistungen und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE976657C
Application number: DEG4021D
Authority: DE
Inventors: Erhard Fasshauer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1942-09-01
Filing date: 1942-09-01
Publication date: 1964-01-30

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBENAM 30. JANUAR 1964

G 4021 IXd/ 21 g

(Ges. v. 15. 7.1951)

Die Erfindung betrifft eine Elektronenröhre für ultrakurze Wellen zur Erzeugung großer Leistungen, insbesondere mit bestmöglichem Wirkungsgrad im Impulsbetrieb, mit einer direkt geheizten Kathode, die aus mehreren in einer Ebene parallel zueinander angeordneten und mittels Federkraft gespannten Drähten besteht, deren Enden an je einem vom Heizstrom durchflossenen Tragblech angeschweißt sind, einem beidseitig der Kathode parallel und symmetrisch zur Kathodenebene angeordneten Steuergitter und einer in gleicher Weise angeordneten Anode. Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß das Steuergitter von untereinander gleichen U-förmigen Drähten gebildet wird, die in Erstreckungsrichtung der Kathodendrähte fluchtend hintereinanderliegen und senkrecht zur Kathodenebene derart angeordnet sind, daß die Kathodendrähte zwischen die Schenkel jedes U-förmigen Drahtes zu liegen kommen, und daß die freien Schenkelenden der U-förmigen Drähte an metallischen Steuergittertragstegen angeschweißt und durch diese Stege miteinander verbunden sind.

Die erfindungsgemäße Elektronenröhre ist für den Betrieb in einer üblichen Rückkopplungs- bzw. Verstärkerschaltung bestimmt. Dabei wird die ebene Kathode zweckmäßig parallel zur Verbin-

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dungslinie der beiden Durchführungspunkte der Kathodenzuführungen durch die Gefäßwand angeordnet. Dadurch lassen sich die zusätzlichen Kapazitäten und Selbstinduktionen der Halte- und Abstützelemente besonders klein halten, was eine wesentliche Voraussetzung für das Erzeugen extrem kurzer Wellen ist.

Die Anoden können in bekannter Weise mit Kühlfahnen zur Abführung der Verlustwärme versehen sein.

Elektronenröhren zur Verstärkung und zur Schwingungserzeugung mit in zueinander parallelen Ebenen angeordneten ebenen Elektroden sind bereits bekannt und auf dem Gebiet der längereu und kürzeren Wellen in verschiedenen Ausführungen gebräuchlich. Insbesondere sind auch alle anderen im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmale bereits bekannt. Der Hauptgrund für die Verwendung derart aufgebauter Röhren liegt in der Möglichkeit, durch die Verwendung mehrerer parallel liegender Heizdrähte bei kleinen Heizströmen eine genügend große Kathodenoberfläche und damit relativ große Emissionsströme zu erhalten, ohne allzu hohe Anodenspannungen in Kauf nehmen zu müssen.

Um im Gebiet ultrakurzer Wellen, insbesondere Dezimeterwellen, große Leistungen mit bestmöglichem Wirkungsgrad zu erzeugen, muß die Röhre bei größter Emission und möglichst großer Steilheit eine möglichst kleine wirksame Gitter-Anoden-Kapazität besitzen. Die hohe Emission hat eine entsprechend große Kathodenoberfläche zur Voraussetzung. Dies hat eine entsprechend große Kapazität zwischen Kathode und Gitter bzw. Anode zur Vorbedingung. Zur Erzielung einer möglichst großen Steilheit sind ebenfalls möglichst große Kapazitäten erforderlich. Dabei hat eine große Steilheit ebenfalls vor allem eine möglichst große Kapazität zwischen Gitter und Kathode zur Voraussetzung. Die niedrigste Wellenlänge, bis zu der sich eine solche Röhre verwenden läßt, ist dagegen um so kleiner, je kleiner die Kapazität zwischen Gitter und Anode ist. Die Erfüllung dieser Bedingungen steht somit in gewissem Gegensatz, und es gilt in jedem Einzelfall, die einzelnen Faktoren auf das bestmögliche gegeneinander abzuwägen, um bei möglichst großen Leistungen zu möglichst kleinen Wellen vorstoßen zu können. Mit der erfindungsgemäßen Röhre ist dies in besonders hohem Maße möglich.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Elektronenröhre :

Die zueinander parallel angeordneten und geschalteten Drähte für das Gitter (ebenso wie für

5.5 die Kathode) werden nach deren Anschweißung an die Tragstege (bzw. Tragbleche) bei starker Erwärmung einem Reckvorgang unterworfen. Es ist an sich bekannt, die Drähte einer derartigen Elektrode nach ihrem Zusammenbau einem Reckvorgang zu unterwerfen. Die Reckung wird vorgenommen, um Störungen während des späteren Betriebes zu vermeiden, die durch ein ungleichmäßiges Verziehen der einzelnen Gitterdrähte (bzw. Kathodendrähte) verursacht werden. Dieses ungleichmäßige Verziehen ist durch mechanische Spannungen bedingt, die die einzelnen Drähte beim Durchlaufen der verschiedenen Herstellungsprozesse erhalten haben. Die Störungen äußern sich darin, daß infolge von Durchbiegungen Berührungen zwischen den verschiedenen Elektroden, insbesondere zwisehen Gitter und Ivathode, auftreten, so daß die Elektronenröhren unbrauchbar werden.

Bei der erfindungsgemäßen Röhre hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß während des Reckvorganges die Befestigungsstellen (Schweißstellen) der Drähte entlastet werden, beispielsweise durch Verwendung von Einspannvorrichtungen. Dadurch werden die Gitterdrähte nur auf einem Teil der Gesamtlänge dem die Entspannung und Formsteifigkeit bewirkenden Reckvorgang unterworfen, während die Befestigungsstellen der Drähte und ihre unmittelbare Umgebung keinerlei Reckung erfahren. Damit werden Brüche der Drähte, an den oder in der Nähe der Befestigungsstellen vermieden. Derartige Brüche würden sehr leicht auftreten, da die Drähte in der Nachbarschaft der Befestigungsstellen, eine erheblich verringerte Festigkeit aufweisen. Andererseits müssen die wirkenden Kräfte beim Reckvorgang so groß gewählt werden, daß die Elastizitätsgrenze der Drähte überschritten wird, wenn eine wirkungsvolle Verfestigung erzielt werden soll. Es hat sich gezeigt, daß es genügt, die Drähte auf einem Teil ihrer Länge dem Reckvorgang zu unterwerfen, dabei aber die Befestigungsstellen und ihre Umgebung von der Verfestigung durch den Reckvorgang auszuschließen. Dieses Verhalten war zunächst nicht zu erwarten, da gerade die Beiestigungsstellen und ihre Umgebung besonders große Spannungen durch den Herstellungsprozeß erfahren.

Die Entlastung der Befestigungsstellen während des Reckvorganges erfolgt beispielsweise durch Einspannvorrichtungen, die die Gitterdrähte möglichst in unmittelbarer Nachbarschaft der Befestigungsstellen erfassen und den erforderlichen Zug auf die Drähte ausüben.

Die Schweißungen werden als Punktschweißungen ausgeführt. In gleicher Weise sind auch an der Anode, wie an den Durchführungen der Zuleitungen zu den Elektroden, Punktschweißungen vorzunehmen. Die Schweißung dieser Teile, welche vornehmlich aus Wolfram, Molybdän und Tantal bestehen, macht wegen der hohen Schmelztemperatur und leichten Oxidierbarkeit dieser Metalle relativ große Schwierigkeiten. 1x5

Es ist bekannt, diese Schwierigkeiten dadurch zu vermeiden oder wenigstens teilweise zu beheben, daß die Schweißung in einer Schutzgasatmosphäre oder aber unter einer Schutzflüssigkeit ausgeführt wird. Beispielsweise hat man eine Schmelzschweißung von Wolfram, Molybdän und ähnlichen Metallen mit Hilfe des elektrischen Lichtbogens in einem Flüssigkeitsbade durchgeführt, wobei als Schutzflüssigkeiten solche verwendet werden, die als Zersetzungsprodukte neutrale oder reduzierende Gase entwickeln. Bei der Schmelzschweißung dün-

ner 'Fantalbleche, bei denen die Gefahr des Brüchigwerdens unter dem Einfluß des vom Tantal bei höheren Temperaturen begierig aufgenommenen Wasserstoffes besteht, ist man zur Verwendung von Tetrachlorkohlenstoff als Schutzstoff bzw. als Schutzflüssigkeit übergegangen.

Beim Erfindungsgegenstand werden die elektrischen Punktschweißungen derartiger Metalle in der Weise durchgeführt, daß die zu verschweißenden Oberflächen vor der Ausführung der Schweißung mit einem flüssigen Kohlenwasserstoff, insbesondere mit Alkoholen, benetzt werden. Dieses Verfahren eignet sich insbesondere zur Durchführung von Punktschweißungen beim Verschweißen von Molybdän mit Molybdän oder aber auch beim Verschweißen von Molybdän mit Tantal. Diese Verbindung galt bisher als besonders schwer durchführbar. Der bisher als Schutzflüssigkeit für das Verschweißen von Tantal empfohlene Tetrachlorkohlenstoff bewährt sich bei der Durchführung von Punktschweißungen nicht, da sich unter dem Einfluß des Schweißvorganges schwer entfernbare Oberflächenschichten auf den zu verschweißenden Drähten ausbilden. Eingehende systematische Veras suche haben gezeigt, daß es möglich ist, völlig einwandfrei Verbindungen zwischen Tantal und .Molybdän unter Verwendung von Alkoholen und ähnlichen, bei der Zersetzung während der Schweißung Wasserstoff entwickelnden Flüssigkeiten durchzuführen. Dieses Resultat war nicht zu erwarten, da die außerordentlich rasche Aufnahme von Wasserstoff durch heißes Tantal bekannt ist. Bei Beachtung entsprechender Sorgfalt gelingt es jedoch, bei der Punktschweißung im Gegensatz zur Schmelzschweißung die Entwicklung der zum Schweißen notwendigen hohen Temperaturen auf einen so kurzen Zeitraum zu begrenzen, daß es dem während des Schweißens frei werdenden. Wasserstoff nicht möglich ist, seinen ungünstigen Einfluß auf die Festigkeitseigenschafteu des Tantals in nennenswertem Maße geltend zu machen. Ähnliche Überlegungen gelten für das Verschweißen von Molybdän mit Molybdän. Soll z. B. ein Molybdändraht an einen Träger aus dem gleichen Metall geschweißt werden, wird das Ende dieses Trägers geschlitzt, der Draht mit einer kleinen Zwischenfolie von Tantal eingelegt und die Schweißung vorgenommen.

Dabei gestattet die spezielle Art der Durchführung der Punktschweißung in der Weise, daß die Schweißung nicht unter der Schutzflüssigkeit durchgeführt wird, sondern daß die Schweißstellen lediglich mit der Schutzflüssigkeit benetzt werden, ein besonders einfaches und rasches Arbeiten ohne besondere Vorkehrungen. Hierin besteht ein besonderer Vorteil des Verfahrens.

Das Verfahren läßt sich in gleicher Weise auch

für Nahtschweißungen (als in zeitlicher Folge rasch wiederholte Punktschweißungen) anwenden.

Gitter und Anode sind dem Elektronenbombardement aus der Kathode ausgesetzt, wobei sich die an der Oberfläche frei werdende Energie zum großen Teil in Wärme umsetzt. Überdies werden diese Elektroden von der Glühkathode angestrahlt, daher zusätzlich erwärmt. Abgesehen von der Erwärmung wird infolge des Aufpralls der Elektronen auf die Metallflächen von Gitter und Anode noch eine weitere unerwünschte Wirkung ausgelöst, und zwar die Emission von Sekundärelektronen, die Störungen, eine \^rerminderung der Verstärkung bzw. Ausgangsleistung zur Folge hat.

Diese beiden unerwünschten Wirkungen können durch zweckmäßige Ausführung der Elektrodenoberflächen in zulässigen Grenzen gehalten werden. So ist es beispielsweise bekannt, die Metallflächen der Elektroden mit einer Schicht eines Sekundärelektronen schlecht abgebenden Stoffes, wie Zirkon in feingemahlenem Zustand, zu bedecken, wodurch die Flächen aufgerauht und die Wärmeabstrahlung dadurch erhöht wird. Zweckmäßig wird das feinverteilte Metall mittels eines Sprühverfahrens aufgebracht. Die Schicht muß durch starke Erwärmung an die Unterlage gesintert werden. Bei diesem Vorgang besteht die Gefahr, daß das Metallpulver zu einer gleichmäßigen glatten und metallisch glänzenden Schicht zusammenfließt, die erwünschte Struktur der Oberfläche daher eingebüßt wird.

Um dies zu verhindern, wird beim Erfindungsgegenstand das Zirkonpulver mit feinverteilten schlechten Leitern gleichmäßig durchmischt, derart, daß diese Teilchen das Metall gleichmäßig durchsetzen und ein Zusammenfließen während des Sinterns hintanhalten. Bevor der Sinterprozeß beendet ist, muß dafür gesorgt werden, daß die aufgebrachte Schicht bei etwaigen Erschütterungen nicht abfällt, demnach mechanisch an die Unterlage gebunden wird. Zu diesem Zweck wird die aufzusprühende Masse mit einem Medium hoher Viskosität vermischt. Dieses Mittel ist in der gesinterten Schicht überflüssig, soll daher während des Sinterprozesses ausgeschieden werden. Um dies zu erreichen, wird ein Mittel gewählt, das unterhalb der Temperatur, welche das Werkstück während der nachfolgenden Sinterung annimmt, flüchtig wird. Als Zusätze zu dem feinverteilten Zirkon hat sich Zirkonoxyd, als flüchtiges Bindemittel hoher Zähigkeit Paraffin sehr gut bewährt.

Die Menge und die Verdampfbarkeit der Sprühflüssigkeit sind so zu bemessen, daß das Werkstück, das von der aufgesprühten Masse getroffen wird, durch die Sprühflüssigkeit benetzt wird, so daß sich das von Paraffintröpfchen durchsetzte Mischpulver gleichmäßig auf die Fläche verteilt und an ihr haftet. Es muß jedoch dafür gesorgt werden, daß die Flüssigkeit verdampft ist, ehe sich Tröpfchen bilden, welche die gleichmäßige Verteilung der Mischung zerstören würden. Als Sprühflüssigkeit wird Toluol oder Xylol empfohlen. Der Vorgang des Verdampfens der Sprühflüssigkeit wird durch die Entfernung zwischen der Düse der Sprühpistole und den zu besprühenden Elektrodenflächen iao geregelt und muß so bemessen sein, daß der größte Teil der Sprühflüssigkeit auf dem Weg zwischen Düse und Werkstück verdampft.

Das Verdampfen am Werkstück wird gegebenenfalls dadurch beschleunigt, daß an der Pistole die Zufuhr der Mischung zur Düse abgeriegelt wird

und an Stelle der Mischung ein reiner Luftstrom durch die Düse tritt, der über die bespritzte Fläche des Werkstückes streicht.

Es ist dauernd darauf zu achten, daß die Bestandteile der Mischung während des ganzen Prozesses in gleichmäßiger Verteilung auf die Metallflächen aufgebracht werden. Um diese Bedingung zu erfüllen, wird zweckmäßigerweise die aufzubringende Mischung kurz vor dem Zeitpunkt des ίο Versprühens neuerlich durchmischt.

Das Zirkon selbst, ebenso wie auch das Zirkonoxyd, wird auf eine Teilchengröße von einigen io~^scm Durchmesser zerkleinert. Um dauernd die gleiche Teilchengröße zu erhalten, sind Mühlen mit Futter großer Härte, insbesondere Achatmühlen, zur Zerkleinerung zu wählen, welche praktisch keinen Verschleiß erleiden.

Zur weiteren Erläuterung der obigen Darlegungen dienen die teils anschaulichen, teils schematisehen Darstellungen einer Ausführungsform einer Elektronenröhre gemäß der Erfindung. In

Abb. ι ist der Elektrodenaufbau einer solchen Elektronenröhre dargestellt;

Abb. 2 gibt den Aufriß des Elektrodensystems; Abb. 3 ist eine schematische Darstellung einer Einspannvorrichtung, die beim Recken der Gitterdrähte benutzt wird.

Gemäß Abb. ι ist das Elektrodensystem der Röhre auf der scheibenförmigen Bodenplatte ι des Glaskolbens 2 aufgebaut, und zwar werden die einzelnen Elektroden von den zugehörigen Durchführungen unmittelbar getragen, um besondere Haltevorrichtungen und die damit zwangläufig verbundenen Erhöhungen der Kapazitäten zu vermeiden.

Die Kathode der Elektronenröhre wird durch mehrere parallel geführte und elektrisch parallel geschaltete Drähte 3 gebildet, die an ihren Enden an zwei Tragbleche 4 und 4' unmittelbar angeschweißt sind. Bei den geringen Abständen, die die einzelnen Drähte voneinander und von dem umgebenden Steuergitter 7 besitzen, muß die Kathode vor ihrem Einbau in das System einem besonders sorgfältigen Glüh- und Reckvorgang unterworfen werden, um die unbedingt notwendige Formstabilität· während des Betriebes zu gewährleisten. Zur gemeinsamen Anfederung sämtlicher Kathodendrähte dient die in doppelter U-Form ausgeführte Spannfeder 5, die vom Heizstrom unmittelbar durchflossen wird. Die beiden Enden des Kathodensystems werden unmittelbar von den beiden Kathodendurchführungen 6 und 6' getragen.

Zu beiden Seiten der Kathode ist das Steuergitter 7 vorgesehen. Dieses Steuergitter besteht erfindungsgemäß aus einem System untereinander gleicher, fluchtend hintereinander angeordneter in U-Form gebogener Gitterdrähte, die die senkrecht zu ihnen verlaufenden Kathodendrähte umfassen und an ihren beiden Enden an Tragstegen 8 und 9 (Abb. 2) befestigt und durch diese verbunden sind. Die Tragstege werden ihrerseits von den beiden Gitterzuführungen 10 und 10' getragen. Ebenso wie das Kathodensystem wird auch das Gitter nach seiner Fertigstellung vor dem Zusammenbau des Elektrodensystems zur Erhöhung der Formsteifigkeit einem Reckvorgang unterworfen. Zu beiden Seiten des Gitters sind ferner die Anoden 11 und ii' vorgesehen, die je drei Kühlfahnen tragen und über zwei U-förmig gebogene Stege 12 und 12' mit den Anodenzuführungen 13 und 13' in Verbindung stehen.

Abb. 2 zeigt die gleiche Elektrodenanordnung im Schnitt und läßt die wesentlichsten Teile derselben klar erkennen.

Abb. 3 zeigt die \^rorrichtung zum Recken der Drähte. Mit 15 sind die zu reckenden Gitterdrähte bezeichnet, die bereits mit den Blechstreifen 16 und 16' verschweißt sind. Die Gitterdrähte werden durch die Klemmbacken 17 und 17' bzw. 18 und 18' gefaßt und mit Hilfe dieser Klemmbacken in einer Spannvorrichtung gereckt. Dabei ist es zweckmäßig, den Grad der Reckung zu verfolgen, um so ein völlig einheitliches Material zu erhalten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: g₅

i. Elektronenröhre für ultrakurze Wellen zur Erzeugung großer Leistungen, insbesondere, mit bestmöglichem Wirkungsgrad im Impulsbetrieb, mit einer direkt geheizten Kathode, die aus mehreren in einer Ebene parallel zueinander angeordneten und mittels Federkraft gespannten Drähten besteht, deren Enden an je einem vom Heizstrom durchflossenen Tragblech angeschweißt sind, einem beidseitig der Kathode parallel und symmetrisch zur Kathodenebene angeordneten Steuergitter und einer in gleicher Weise angeordneten Anode, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergitter von untereinander gleichen U-förmigen Drähten (7) gebildet wird, die in Erstreckungsrichtung der Kathodendrähte (3) fluchtend hintereinanderliegen und senkrecht zur Kathodenebene derart angeordnet sind, daß die Kathodendrähte zwischen die Schenkel jedes U-förmigen Drahtes zu liegen kommen, und daß die freien Schenkelenden der U-förmigen Drähte an metallischen Steuergittertragstegen (8, 9) angeschweißt und durch diese Stege miteinander verbunden sind.
2. Verfahren zur Herstellung einer Elektronenröhre nach Anspruch 1, bei der die Steuergitter drahte nach dem Anschweißen an den Steuergittertragstegen einem Reckvorgang unterworfen werden, dadurch gekennzeichnet, daß während des Reckvorgangs die Schweißstellen der Drähte entlastet werden, beispielsweise durch Verwendung von Einspannvorrichtungen. ·
3. Verfahren zur Herstellung einer Elektronenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Punktschweißungen an den Elektroden, die aus schwer schmelzenden, leicht oxydierbaren Metallen bestehen, insbesondere auch dem Steuergitter, in der Weise durchgeführt werden, daß vor der Ausführung der Schweißung die zu verschweißenden Oberflächen X25 mit einer flüssigen organischen Verbindung

(vornehmlich Alkoholen), welche bei der Schweißung reduzierende Zersetzungsprodukte, insbesondere Wasserstoff, liefert., benetzt werden.
4. Verfahren zur Herstellung einer Elektronenröhre nach Anspruch 1, bei der zur Erhöhung der Wärmeabstrahlung an den nicht emittierenden Elektroden, insbesondere auch dem Steuergitter, und zur gleichzeitigen Verminderung von deren Sekundäremissionsfähigkeit eine fest haftende Schicht feinverteilten Zirkons auf die entgaste Oberfläche der Elektroden mittels eines Sprühverfahrens aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen des Zirkons auf die Elektroden für eine gleichmäßige Durchmischung des feingemahlenen Zirkons mit feinverteilten schlechten Leitern gesorgt wird, welche zum Teil hohe Viskosität besitzen und zum Teil unterhalb der Temperatur, die während der nachfolgenden ao Sinterung die mit der Zirkonschicht versehenen Elektroden annehmen, flüchtig werden.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 327633, 370231, 25 639569. 665619, 684750:

französische Patentschriften Nr. 798 581, 808567, 828 172;

britische Patentschrift Nr. 497 359; USA.-Patentschrift Nr. 2 088 722; 30

Espe und K η oll: »Werkstoffkunde der Hochvakuumtechnik«, 1936, S. 137 und 309.

In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsche Patente Nr. 849 734, 867 890, 897 887, 903969, 911 304.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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