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Justiervorrichtung zur Zentrierung einer Kathode einer elektrischen
Entladungsanordnung für höchste Frequenzen Die Erfindung betrifft eine justiervorrichtung
zur Zentrierung einer Kathode innerhalb der Öffnung einer Anode einer elektrischen
Entladungsanordnung für höchste Frequenzen, insbesondere einer Magnetronröhre, bei
der die Kathode an einem als Hebel dienenden Träger befestigt ist, dessen Drehpunkt
an der Stelle der vakuumdichten Durchführung liegt.
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Wenn ein Maghetron bei größerer Leistung und besonders bei Millimeterwellenlängen
betrieben wird, ist die Zentrierung der Kathode innerhalb der Anode so kritisch,
daß durch die bekannten Anordnungen nicht immer eine genügende Genauigkeit gewährleistet
ist. Es ist deshalb wünschenswert, die geringen Abstände zwischen Kathode und Anode
einstellen zu können, und zwar während die Röhre für den endgültigen Betrieb geprüft
wird.
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Es ist bereits bekannt, die Justierung von Elektroden mit Hilfe von
mindestens drei Schrauben vorzunehmen, derart, daß beispielsweise eine parallele
Anordnung der Elektroden zueinander erreicht wird. Die Einstellgenauigkeit einer
solchen bekannten Anordnung ist von der Steigung der Gewinde der verwendeten Schrauben
abhängig und demzufolge verhältnismäßig grob. Weiterhin ist es bekannt, mit Hilfe
von Keilen, die zwischen geeignete Paßflächen getrieben werden können, eine Justierung
beispielsweise von zwei mit Flanschen versehenen Röhren vorzunehmen. Eine derartige
Justierung ist zur Lösung der vorliegenden Aufgabe wegen zu großer Ungenauigkeit
und nicht genügend erzielbarer Reproduzierbarkeit ungeeignet. Es wurde deshalb zur
Lösung der gestellten Aufgabe zur äußerst feinen Einstellung von Elektroden zueinander
eine neuartige justiervorrichtung entwickelt, die auf der Verwendung mehrerer ineinandergleitender
Kegelflächen beruht. Infolge ihrer im wesentlichen axialen Erstreckung ist die nachstehend
beschriebene justiere orrichtung besonders gut für Magnetronröhren geeignet, bei
welchen es auf äußerst genaue Zentrierung der innerhalb der Anode liegenden Kathode
ankommt.
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Bei der im ersten Absatz näher gekennzeichneten Justiervorrichtung
zur Zentrierung einer Kathode innerhalb der Öffnung einer Anode ist daher nach der
Erfindung an dem der Kathode entgegengesetzten Ende des Trägers eine Lagerung angebracht,
die teilweise eine kugelförmige Oberfläche besitzt, die ihrerseits in eine entsprechende
kugelförmige innere Oberfläche eines beweglichen Teiles paßt, darüber hinaus besitzt
das bewegliche Teil ferner eine kugelförmige äußere Oberfläche, die in eine entsprechende
Oberfläche eines Außenlagers paßt, und endlich liegen die Krümmungsmittelpunkte
der äußeren und inneren Oberfläche des beweglichen Teiles zwar auf der Symmetrieachse
dieses Teiles, aber sie fallen nicht zusammen.
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Der Träger ist um einen Punkt zwischen seinen Enden drehbar angeordnet
und besitzt in der Nähe des der Kathode entgegengesetzten Endes eine Lagerung, die
teilweise eine kugelförmige Oberfläche besitzt, welche in eine entsprechende kugelförmige
innere Oberfläche eines beweglichen Teiles paßt. Das bewegliche Teil besitzt eine
kugelförmige äußere Oberfläche, die in eine entsprechende Oberfläche eines Außenlagers
paßt, wobei der Mittelpunkt der Krümmung der äußeren Oberfläche des beweglichen
Teiles nicht mit dem Mittelpunkt der inneren Kugeloberfläche des beweglichen Teiles
übereinstimmt, so daß ein Neigen des beweglichen Teiles eine auslenkende Bewegung
des Kathodenträgers verursacht. Auf diese Weise kann die Kathode im Hinblick auf
die Anode zentriert werden.
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Es können weiter übliche Mittel vorgesehen werden, um das bewegliche
Teil festzuklemmen, um auf diese Weise die Kathode nach dem Einjustieren in der
justierten Position festzuhalten.
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Das bewegliche Teil kann in der gewünschten Richtung mittels eines
Einstellteiles, welches genügend lang gemacht werden kann, geneigt werden, so daß
verhältnismäßig grobe Bewegungen des Einstellteiles nur sehr geringe Bewegungen
der Kathode verursachen.
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Die Zentrieranordnung kann genügend stabil ausgeführt werden, damit
eine Verschiebung durch Vibrationseffekte, Druck oder andere schädliche Einflüsse
verhindert wird.
Um die Erfindung klarer in ihrer Wirkung zu umreißen,
wird die Erfindung nun im einzelnen unter Zuhilfenahme der Zeichnungen näher beschrieben.
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Fig. 1 zeigt einen Aufriß einer Justiervorrichtung, angewendet bei
einem Magnetron; Fig. 2 zeigt einen Aufriß eines etwas anders gearteten Ausführungsbeispieles
der justiervorrichtung; Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Aufsicht auf die Justiervorrichtung
nach Fig. 2.
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In den Zeichnungen ist ein Magnetron mit einer Kathode 1 gezeigt,
die- sehr genau zentrisch in einer zylindrischen Anode 2 angebracht sein soll und
welches mit den Polstücken 3 und 4 an übliche Magnete (nicht gezeigt) angeschlossen
werden kann. Die Justierung soll im besonderen in einer Richtung senkrecht zur Kathodenachse
geschehen.
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Die Kathode 1 ist an dem einen Ende eines langen stab-oder rohrförmigen
Trägers 5 befestigt. Der Träger 5 hat eine im Vergleich zur Länge der Kathode große
Länge. Der Träger 5 ist in einer Öffnung 6 eines abschließenden Bodens 7 durch Schweißen
oder Löten 8 befestigt, so daß eine vakuumdichte Verbindung zustande kommt. Der
Boden 7 ist schwach biegsam, so daß der Stab 5 um einen kleinen Winkel um einen
Punkt bewegt werden kann, der durch die Befestigung an dem Boden 7 gegeben ist.
Die gewünschte Maximalauslenkung der Kathode beträgt angenähert nur einige hundertstel
Millimeter, und da der Boden 7 ungefähr 30 mm von der Kathode 1 entfernt ist, beträgt
die Winkeländerung des Stabes 5 weniger als 1/2 . Da der Boden 7 aus Material hergestellt
ist, das eine Dicke von ungefähr 2 mm besitzt, ist eine so geringe Auslenkung des
Stabes 5 gut möglich. Der Boden 7 ist an dem Teil 9 befestigt oder bildet selbst
einen Teil des Teiles 9, das fest an dem Polstück 4 und der Anode 2 über eine isolierende
Hülse 10 befestigt ist. Dabei isoliert diese Isolierhülse 10 in bekannter Weise
die Kathode 1 von der Anode 2. Der Teil der Anordnung zwischen der Kathode 1 und
dem Teil 9 wird evakuiert. Das eine Ende ,des Stabes 5 befindet sich außerhalb des
Vakuums, so daß dieses Teil und damit auch die Kathode quer zur Röhrenachse bewegt
werden kann. Der Mittelpunkt der Kathode bewegt sich auf der Oberfläche einer Kugel,
die ihren Mittelpunkt in dem Drehpunkt hat. Da jedoch die gewünschten Kathodenverschiebungen
äußerst gering sind, kann eine ebene Querablenkung zur Röhrenachse angenommen werden.
An dem der Kathode entgegengesetzten Ende des Trägers 5 ist ein Lagerring 11 angebracht,
der teilweise eine kugelförmige konvexe Oberfläche besitzt, die in eine entsprechende
kugelförmige konkave innere Oberfläche eines beweglichen Ringes 12 hineinpaßt. Die
äußere Oberfläche des Ringes 12 besitzt ebenso eine teilweise kugelförmige Oberfläche
und hat einen Krümmungsradius, der größer ist als der der äußeren Oberfläche des
Lagerringes 11, und paßt in eine entsprechende kugelförmige konkave Oberfläche eines
Außenlagers 13, das an dem Teil 9 befestigt ist. Die innere und die äußere Kugeloberfläche
des Ringes 12 sind so angebracht, daß ihre Krümmungsmittelpunkte auf einer Linie
liegen, die in .die Röhrenachse fällt. Ein Klemmring 14 wird an dem Außenlager 13
mittels Schrauben 17 befestigt. Der Ring 14 besitzt teilweise eine kugelförmige
Oberfläche, die zu der kugelförmigen Fläche des Ringes 12 paßt.
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Um die Kathode 1 zu zentrieren, werden die Schrauben 17 etwas
gelockert, so daß der Ring 12 zwar noch fest in dem InnenIager 11 und dem Außenlager
13 liegt, aber trotzdem zur Röhrenachse geneigt werden kann. Wenn der Ring 12 in
irgendeiner Richtung etwas ausgelenkt wird, bewegt sich der Mittelpunkt der Kathode
auf einer Kugelfläche. Wenn jedoch die Bewegung des Ringes 12 auf eine sehr geringe
Neigungsbewegung aus der Grund-Stellung heraus beschränkt bleibt, so liegt der Weg
des Mittelpunktes der inneren Oberfläche im wesentlichen auf einer Ebene senkrecht
zur Röhrenachse, da die innere Oberfläche des Ringes 12 in die kugelförmige äußere
Oberfläche des Lagers 11 hineinpaßt. Der letztere zusammen mit dem äußeren Ende
des Stabes 5 wird dann bewegt, im wesentlichen in einer Ebene senkrecht zur Röhrenachse,
so daß das Teil 5 sich um einen sehr kleinen Winkel und um einen Punkt in der Ebene
des Bodens 7 dreht. Folglich bewegt sich die Kathode 3 ebenso hauptsächlich in einer
Ebene senkrecht zur Röhrenachse. Wenn mit D die Strecke zwischen dem Boden 7 und
dem Krümmungsmittelpunkt der inneren Oberfläche des beweglichen Teiles 12 bezeichnet
wird und mit d die Strecke zwischen dem Krümmungsmittelpunkt der inneren und der
äußeren Oberfläche des beweglichen Teiles 12 bezeichnet wird und wenn
99 der Winkel ist, um welchen der Stab 5 ausgelenkt wird, ergibt sich eine
Auslenkung des beweglichen Teiles um einen Winkel
Die Werte von D und d können mit ungefähr 20 bis 50 mm und 3 mm angenommen
werden. Da der Auslenkungswinkel kleiner als 1/2 ist, wird der Ring 12 um einen
Winkel von -ungefähr 10° ausgelenkt werden müssen. Unter solchen Bedingungen wird
der Krümmungsmittelpunkt der inneren Oberfläche des beweglichen Teiles 12 in einer
Richtung senkrecht zur Röhrenachse in einer Größenordnung von 0,5 mm ausgelenkt,
so daß der Mittelpunkt sich praktisch nur in einer Ebene verschiebt.
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Die Bewegung des Ringes 12 kann mit Hilfe eines Justierteiles geschehen.
Das Justierteil besitzt eine Hülse 15, die in eine entsprechende Rille 16 des Ringes
12 hineinpaßt. Die Hülse 15 ist an einem Ende eines isolierenden Teiles 15 a befestigt.
Dies isolierende Teil enthält zwei Isolierscheiben 18 und 19, die durch mehrere
Isolierstäbe 20, von denen zwei in der Zeichnung gezeigt sind, gehalten werden.
Die Hülse 15 ist an der Scheibe 18 befestigt. Die massive Scheibe 22 besitzt mehrere
Öffnungen, durch welche die Stäbe 20 hindurchgehen, so daß die Scheibe 22 längs
den Stäben 20 bewegt werden kann. Das Justierteil kann an einem Haken aufgehängt
werden, damit es sich ausgleicht. Es ist ferner genügend lang, damit eine grobe
Bewegung des Justierteiles nur eine sehr geringe Bewegung des Ringes 12 bewirkt.
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Wenn die Entfernung zwischen dem Mittelpunkt der Kathode 1 und dem
Boden 7 mit d' bezeichnet ist und die Länge des Justierteiles d" ist, dann ist das
Verhältnis der Bewegung des Handgriffes 21 zu dem Mittelpunkt der Kathode
Ein vorzugsweise verwendetes d beläuft sich auf ungefähr 3 mm, während zum Zwecke
einer genügenden Isolierung d" verhältnismäßig groß gemacht wird, ungefähr 300 mm,
da während des Einjustierens Spannungen von ungefähr 50 000 V an dem Magnetron liegen
Das Verhältnis
liegt ungefähr bei 1 : 3, so daß das Verhältnis
100 und mehr betragen kann. Auf diese Weise ist eine äußerst feine Justierung der
Kathode 1 durch grobe Bewegung des Teiles 21 möglich.
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Nach der Justierung der Kathode 1 wird der Klemmring 14 mit Hilfe
der Schrauben wieder fest angezogen, und. da ein Teil der kugelförmigen Oberfläche
dieses Klemmringes auf die kugelförmige Oberfläche des Ringes 12 paßt, kann der
Ring 12 in jeder Stellung fest angeklemmt werden. Dann wird das zylindrische
Teil 15 entfernt. Nunmehr ist der Kathodenträger 5 an dem
äußeren
Ende und an dem Boden 7 festgehalten. Ein üblicher Deckel, wie er punktiert in der
Zeichnung angedeutet ist, kann dann als Schutzhülle über den Klemmring 14 gestülpt
werden.
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Eine andere Anordnung ist in Fig.2 gezeigt. Die Kathode 1 ist ebenfalls
wieder am einen Ende des Stabes 5 befestigt, der geringfügig um einen Punkt eines
als Scheibe 7 ausgebildeten Bodens bewegt werden kann. Wie in der Zeichnung gezeigt,
besteht der Stab 5 aus zwei zusammengekuppelten Röhren, aber er kann genauso aus
einem einzelnen Stab oder aus einer einzigen Röhre hergestellt werden. Ebenso sind
ein Lager 11, ein Ringteil 12 und ein Außenlager vorgesehen. Die ganze Anordnung
ist ähnlich der in Fig.1 beschriebenen Anordnung, nur mit der Ausnahme, daß die
kugelförmige innere Oberfläche des beweglichen Teiles 12 an dem äußeren Ende des
Stabes angebracht ist und daß das Lager 11 so angebracht ist, daß es das Ringteil
12 in der lagernden Oberfläche hält, während das Teil 12 frei um die Achse des Stabes
5 beweglich ist. Auf diese Weise kann man einen Klemmring, wie den Klemmring 14
in der Fig. 1, vermeiden. Im vorliegenden Beispiel befindet sich die tragende Oberfläche
in dem Teil 9 der Scheibe 7, aber es kann, wie in der Fig. 1 gezeigt, auch eine
Mantelbefestigung an dem Trägerteil 9 vorgesehen werden.
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Um die Kathode 1 gegenüber der Anode 2 zu justieren, wird das bewegliche
Teil 12 geneigt, wie in Fig. 1. In dem vorliegenden Beispiel nach Fig. 3 sind in
dem Teil 12 drei Vertiefungen 24 an Stelle der Ringnut vorgesehen, und das Justierteil
besitzt an Stelle der Hülse 15 drei Stifte, die in die Vertiefungen 24 hineinpassen.
Um nach der Justierung das bewegliche Teil festzuhalten, wird das ringförmige Teil
mit einem Schlitz 25 und mit einem Schraubengewinde 26 versehen. Eine konische Schraube
(nicht gezeigt) paßt dann in diese Öffnung. Durch Eindrehen der Schraube wird der
Schlitz 26 verbreitert. Durch diese Ausdehnung wird das Teil 12 fest in das Außenlager
9 eingeklemmt. Je nach Wunsch können dann diese Teile, wie punktiert gezeigt, mit
Hilfe eines Deckels abgedeckt werden. Die Justiervorrichtung kann bei einem Magnetron
mit einer geheizten oder einer kalten Kathode verwendet werden. Wenn die Kathode
1 eine geheizte Kathode ist, wird man es vorziehen, den Träger 5 in Form eines Rohres
herzustellen, um eine Ein- und Auslaßöffnung für die Kühlflüssigkeit zu haben. Wie
in den Fig. 1 und 3 gezeigt, können die Öffnungen 27 auch in dem Ende des Stabes
5 vorgesehen werden.