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Verfahren zur Herstellung des Vakuumglasgefäßes einer Lauffeldröhre
In Lauffeldröhren stehen bekanntlich ein fokussierter Elektronenstrom und eine über
eine Wendel laufende elektromagnetische Welle in Wechselwirkung miteinander. Aus
Gründen der Gewichtsersparnis wird als Fokussiereinrichtung vielfach ein Permanentmagaetsystem
verwendet, das aus einer Reihe längs des Strahlweges angeordneter Einzelmagnete
besteht. Damit die Fokussiereinrichtung mit der erforderlichen Feldstärke auf die
Elektronenstrahlen einwirken kann, müssen die Polschuhe der Magnete möglichst dicht
an die Bahnen der Elektronen heranreichen. Die Erfüllung dieser Forderung steht
im Widerspruch mit der Notwendigkeit, der unstabilen Drahtwendel eine hinreichende
mechanische Festigkeit innerhalb des aus einem Glasrohr bestehenden Vakuumgefäßes
zu verleihen. Stab- oder rohrförmige Streben aus Glas oder Keramik, zwischen denen
die Wendel innerhalb des Vakuumgefäßes gehaltert ist, lassen sich in diesem Fall
nicht verwenden, da diese Streben den Abstand zwischen den Polschuhen und den Elektronenstrahlen
untragbar vergrößern.
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Es ist bekannt, aus diesen Gründen die Wandung des Vakuumglasgefäßes
als Stabilisierungselement für die Wendel in der Weise heranzuziehen, daß das Glasrohr
des Gefäßes die Wendel ähnlich umschließt wie z. B. ein Pumpenzylinder den zugehörigen
Pumpenkolben. Damit das Glasrohr diese Aufgabe erfüllen kann, hat sich das nachstehend
beschriebene Herstellungsverfahren für das Vakuumgefäß allgemein eingeführt.
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In Fig. 1 der Zeichnung ist in einer beispielsweisen Ausführungsform
das Vakuumgefäß einer Lauffeldröhre im Längsschnitt dargestellt. Das Glasgefäß besteht
hiernach aus einem zylindrischen Teil 1, der in einen gleichachsigen Teil 2 wesentlich
geringeren Durchmessers übergeht. Im Teil l wird das Strahlsystem untergebracht,
während der Teil 2 die die Verzögerungsleitung der Lauffeldröhre bildende Wendel
aufnimmt.
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Zur Herstellung dieses Glasgefäßes wird der in Fig. 2 dargestellte
geschliffene Metallkern mit den Teilen 1' und 2' verwendet. Der Kern 1', 2' entspricht
in seinen Abmessungen genau den Innenmaßen des herzustellenden Glasgefäßes nach
Fig. 1. über den Kern wird ein Glasrohling gestreift, dessen Innenmaße mit Bezug
auf die Außenmaße des Kernes hinreichend überdimensioniert sind, so daß der Glasrohling
von dem Kern nicht ausgefüllt wird. Der infolgedessen vorhandene Hohlraum wird dann
unter gleichzeitigem Erwärmen des ganzen Systems bis zum Erweichungspunkt des Glases
evakuiert, so daß das Glas nach Maßgabe des erzeugten Unterdruckes unter der Wirkung
des Atmosphärendruckes auf den Dorn gepreßt wird. Nach Entfernen des Dornes entsprechen
die Innenabmessungen des Glasgefäßes vollkommen den Außenabmessungen des Dornes.
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Dieses Verfahren zur Kalibrierung des Vakuumgefäßes nach Fig. 1 beruht
darauf, daß der Glaswerkstoff des Gefäßes und der Metallwerkstoff des Dornes unterschiedliche
Ausdehnungskoeffizienten haben, und zwar schrumpft das Glas beim Erkalten weniger
zusammen als das Metall. Infolgedessen kann der stärker geschrumpfte Dorn nach Abkühlung
des ganzen Systems ohne Schwierigkeiten aus dem Vakuumgefäß entfernt werden.
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Diese Möglichkeit hat jedoch eine Grenze, da eine Mindestausdehnung
= -des Dornes beim Erwärmen nicht unterschritten werden darf. Das Maß der Wärmeausdehnung
des Dornes hängt unter anderem von der Größe des Durchmessers des Dornes bzw. seiner
Teile 1' und 2' ab. Unterschreiten diese Durchmesser ein bestimmtes Maß, so ist
das beschriebene Kalibrierungsverfahren nicht mehr brauchbar, da das vom Maß der
Wärmeausdehnung abhängige Schrumpfungsmaß beim Erkalten zu klein ist, um den Dorn
ohne Beschädigung oder gar Zerstörung des Glasgefäßes aus dem ebenfalls erkalteten
Gefäß herauszulösen.
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Das Durchmessermaß des Dornes ist jedoch mit dem Maß des Innendurchmessers
des Vakuumgefäßes identisch. Das letztgenannte Maß soll bestimmungsgemäß mit dem
Maß des Durchmessers der Wendel übereinstimmen, damit die Wandung des Glasgefäßes
das Stabilisierungselement für die Wendel
bilden kann. Der Wendeldurchmesser
ist jedoch bei gegebener Spannung um so kleiner, je höher die Frequenz der der Lauffeldröhre
zugeführten und in ihr beispielsweise zu verstärkenden Mikrowelle ist. Von der Möglichkeit
eines Ausgleichs, durch Vergrößerung der Spannung bei gegebener Frequenz den zulässigen
Mindestdurchmesser der Wendel nicht zu unterschreiten, kann nicht in allen Fällen
Gebrauch gemacht werden, da dann die Länge der Lauffeldröhre entsprechend wächst.
Durch die hiermit verbundene Verlängerung des Permanentmagnetsystems erhöht sich
auch dessen Gewicht, so daß der dieses System auszeichnende Vorteil der Gewichtsersparnis
entfällt.
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Ein weiterer Nachteil des beschriebenen Kalibrierungsverfahrens des
Vakuumgefäßes beruht auf der Notwendigkeit, die mechanisch unstabile Wendel möglichst
reibungslos in den Teil 2 des gefertigten Gefäßes einzuführen. Infolgedessen muß
die Kalibrierung so gewählt werden, daß bei dem fertigen System ein ausreichendes
Spiel zwischen Glaswandung und Wendel vorhanden ist. Dieses Spiel vergrößert jedoch
wiederum den Abstand zwischen den Polschuhen der Magnete und dem Elektronenstrahl
und beeinträchtigt die Stabilisierung und Zentrierung der Wendel.
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Diese Nachteile sind bei dem beschriebenen Verfahren zur Herstellung
des Vakuumglasgefäßes einer Lauffeldröhre erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß
die die Verzögerungsleitung der Röhre bildende Wendel vor der Durchführung des Verfahrens
über den Kalibrierdom geschoben und hierauf der Zwischenraum zwischen den Wendelwindungen
derart mit einem nach Durchführung des Verfahrens leicht entfernbaren Füllstoff
ausgefüllt wird, daß das erweichte Glas nicht bis auf den Dorn gelangen kann. Dieses
Verfahren hat eine Reihe wesentlicher Vorteile. Da die Größe der Differenz zwischen
den Ausdehnungskoeffizienten des Glases und des Werkstoffes des Kalibrierdomes keinen
Einfluß mehr auf die Möglichkeit hat, den Dorn aus dem gefertigten Vakuumglasgefäß
nach Beendigung des Verfahrens ohne Schwierigkeiten herauszulösen, kann die Wandung
des Vakuumglasgefäßes auch bei kleinen Wendeldurchmessern als. Stabilisierungselement
für die Wendel benutzt werden. Ferner ist die Wendel nach Entfernen des Füllstoffes
unlösbar mit der Innenwandung des Glasgefäßes verbunden, so daß die Wendelstabilisierung
vollkommen ist. Schließlich sind durch die teilweise Einbettung der Wendel in die
Innenwandung des Glasgefäßes die günstigsten Voraussetzungen für die Erfüllung der
Forderung geschaffen, den Abstand zwischen dem Elektronenstrahl und den Polschuhen
des Permonetmagnetsystems möglichst gering zu halten.
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Zur Erläuterung eines Ausführungsbeispieles des Verfahrens nach der
Erfindung sind in der Zeichnung in Fig. 3 bis 6 einzelne Verfahrensstufen dargestellt.
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Fig. 3 zeigt in einem Längsschnitt den die Wendel der Lauffeldröhre
aufnehmenden Teil des Kaliberdornes; Fig.4 zeigt in einem Bruchstück die Lage des
Kaliberdornes in dem fertigen Glasgefäß unmittelbar vor dem Herauslösen des Dornes
aus dem Gefäß; Fig. 5 zeigt ein Bruchstück des Glasgefäßes nach Entfernen des Kaliberdomes;
Fig. 6 zeigt eine Einzelheit an demjenigen Teil des Vakuumglasgefäßes, -in das das
Strahlerzeugungssystem untergebracht wird. Gemäß Fig. 3 wird auf den Teil
2' des geschliffenen Metallkernes nach Fig. 2 eine Wendel 3 aufgeschoben,
die die Verzögerungsleitung der herzustellenden Lauffeldröhre ist. Zwischen die
Wendelwindungen wird ein Füllstoff oder Füllkörper 4 eingefügt, der sich
einerseits leicht in die Zwischenräume einschmiegen, andererseits leicht wieder
herauslösen läßt. Als Füllkörper kann z. B. eine Drahtwendel aus einem Werkstoff
dienen, die sich mittels einer Säure nachträglich ohne Beschädigung der Wendel
3 oder des Glases herausbeizen läßt. Nun wird der so vorbereitete Dorn
1', 2' in ein vorgeformtes Glasgefäß eingeschoben und darauf das oben beschriebene
bekannte Kalibrierungsverfahren unter Evakuieren des Glasgefäßes und dessen gleichzeitiger
Erwärmung bis auf den Glaserweichungspunkt durchgeführt. Fig. 4 zeigt das Ergebnis
dieses Verfahrens.
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Hiernach ist der Glaswerkstoff des Teiles 2 durch den Füllstoff
4 während des Erweichungsvorganges daran gehindert worden, bis auf den Teil
2' des Dornes zu gelangen. Der Füllstoff oder Füllkörper hat es nur zugelassen,
daß sich das erweichte Glas mit einer Wulst 5 um die Berührungsfläche mit der Wendel
legt, wie aus Fig. 5 deutlich hervorgeht. Durch diese Wulst ist die Wendel in das
Glas teilweise eingebettet, so daß eine vollkommene Stabilisierung der Wendel erreicht
ist.
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Der Dorn kann mit seinem Teil 2' ohne Schwierigkeiten nach
Beendigung des Verfahrens aus dem Teil t des Glasgefäßes herausgezogen werden. Hierauf
wird der Füllstoff oder Füllkörper 4 entsprechend der Art seines Werkstoffes, gegebenenfalls
unter Zerstörung seiner Form oder seines Gefüges entfernt, z. B. aus dem Glasgefäß
herausgebeizt.
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Fig. 6 zeigt den Teil 1 des Vakuumgefäßes, der das Strahlerzeugungssystem
aufnimmt. Da bei der Herstellung des Dornes eine genaue Zentrierung zwischen den
Teilen 1' und 2' möglich ist, kann der Glasteil 1 als Stütze zur Zentrierung des
Strahlerzeugungssystems zum Wendelsystem dienen. Als Zentrierungsmittel können Glimmerscheiben
verwendet werden, die mit dem Strahlerzeugungssystem starr verbunden sind und ein
gleitendes Verstellen des Strahlerzeugungssystems im Glasteil 1 gestatten.
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Bekanntlich ist der vom Strahlerzeugungssystem ausgehende Elektronenstrahl
durch eine Stelle gekennzeichnet, bei der der Querschnitt des Strahles einen Mindestdurchmesser
hat. Diese sogenannte Strahltaille muß zum Magnetfeld eine genau definierte Lage
einnehmen. Um diese definierte Lage einstellen zu können, ist der Metalldorn 1'
mit einer scharfen Kante versehen. Infolgedessen besitzt der Glasteil l an dieser
Stelle eine scharfe Kante 6, die als Bezugskante sowie als Anschlag für das Strahlerzeugungssystem
benutzbar ist.