DE1192752B - Elektronenstrahlroehre, insbesondere fuer Hochspannungen, mit elastisch gehalterten,den Strahl steuernden Elektroden und Verfahren zur Herstellung der Roehre - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIj

Deutsche KL: 21g-13/21

Nummer: 1192752

Aktenzeichen: G 31395 VIII c/21 g

Anmeldetag: 17. Januar 1961

Auslegetag: 13. Mai 1965

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektronenstrahlröhre, insbesondere für Hochspannungen, deren den Strahl steuernde Elektroden innerhalb der aus dielektrischem Material bestehenden Röhrenhülle elastisch gehaltert sind, sowie auf das Verfahren zur Herstellung der Röhre.

Es ist bereits ein Entladungsgefäß mit einem gerichteten Elektronenbündel bekannt, bei dem eine röhrenförmige Glaswand eine elektronenemittierende Kathode und eine Beschleunigungsanode umgibt. Die Kathode ist in einem zylinderförmigen Isolator befestigt, der in den Glashals der Röhre paßt. Der Isolator dient gleichzeitig zur Anordnung einer Regelelektrode, der eine Spannung zugeführt wird, die sich zwischen dem Kathodenpotential und einem negativen Wert von einigen hundert Volt ändern kann. Die der Röhrenwand zugekehrten Oberfläche des Isolators ist mit einer haftenden leitenden Schicht versehen, die an der Glasröhreninnenwand anliegt. In Strahlrichtung hinter der Regelelektrode ist innerhalb der Glasröhre mit Hilfe von Federn eine Anode festgeklemmt. Zur Spannungszufuhr zur Anode ist auf der Röhreninnenwand ein weiterer Belag aufgebracht, an dem die Klemmfedern zur Halterung der Anode anliegen. Die Klemmfedern werden von C-förmig gebogenen Blattfedern gebildet, deren Enden an der Röhreninnenwand anliegen, während zwischen ihren Rücken die etwa zylindrische Anode im Klemmsitz eingeschoben ist.

Ziel der Erfindung ist eine Elektrodenhalterung, bei der die Elektroden zwar elastisch nachgeben können, aber mit Sicherheit an ihrem Platz verbleiben, also sich weder durch Wärmeeinwirkungen noch durch mechanische Stöße innerhalb der Röhre verlagern.

Bei der Elektronenstrahlröhre der eingangs bezeichneten Art bestehen gemäß der Erfindung die elastischen Halteteile der Elektroden aus einem Satz in einer Ebene liegender, einendig in der Röhrenwand verankerter Stifte, vorzugsweise aus drei Stiften, die in gleichen Winkelabständen um die Elektrode angeordnet sind.

Eine derartige Elektronenstrahlröhre wird meistens in den Fällen angewendet, in denen der Strahl auf einem vorgegebenen Weg oder auf einer Achse zwischen der Kathode und der Anode oder der Antikathode gesteuert, geformt und geführt werden soll. Die beschriebene Einrichtung ist in Verbindung mit einer Röntgenröhre beschrieben, aber ihre Merkmale sind auch allgemein auf andere Röhren mit elektronendurchlässigen Fenstern anwendbar, z. B. auf Elektronenbestrahlungsröhren oder Kathodenstrahl-Elektronenstrahlröhre, insbesondere für
Hochspannungen, mit elastisch gehalterten, den
Strahl steuernden Elektroden und Verfahren zur
Herstellung der Röhre

Anmelder:

General Electric Company, Schenectady, N. Y.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,

Frankfurt/M. 1, Parkstr. 13

Als Erfinder benannt:
Michael Joseph Zunick, West AlKs, Wis.;
George Raymond Mahn, Haies Corners, Wis.
(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 18. Januar 1960 (3195) - -

röhren. In einer solchen Elektronenröhre, in der ein Elektronenstrahl erzeugt und dann so gesteuert werden soll, daß er auf einer entfernten Oberfläche auftrifft, liegen eine oder mehrere Steuerelektroden koaxial zueinander ausgerichtet, die als Elektronenlinsensystem dienen, das einen wesentlichen Teil der Elektronenbahn oder ein Gebiet umgibt, durch das der Elektronenstrahl hindurchläuft. An den einzelnen Steuerelektroden, an der Kathode und an der Anode sind bestimmte elektrische Spannungen angelegt, durch die der Elektronenstrom von der Kathode zur Anode geformt, geführt und beschleunigt wird.

Bei einer Ausführungsform der Steuerung soll der Elektronenstrom auf einen engen Strahl zusammenschnürt werden, um eine hohe Strahldichte am Auftreffpunkt auf der Antikathodenplatte oder der Anode einer Röhre zu erzeugen, die in diesem speziellen Fall eine Röntgenröhre sein soll. Allgemeiner ausgedrückt kann ein Elektronenlinsensystem Anwendung finden, das den Strahl beschleunigen und an einem gewünschten, großen oder kleinen Bereich der Auftreffstelle fokussieren soll.

Um den Elektronenstrom zu konzentrieren und zu lenken, werden die Steuerelektroden üblicherweise,

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aber nicht unbedingt, in ihrer Form zylindrisch ausgebildet. Die verschiedenen Steuerelektroden werden dann koaxial längs der vorgesehenen Bahn des Elektronenstrahls in entsprechenden Abständen nebeneinander angeordnet, so daß das für die gewünschte Konzentration und Lenkung der Elektronenstrahlen geeignete elektrische Feld entsteht.

Die Halterung besteht für alle zylindrischen Steuerelektroden aus drei einzelnen Stifthaltern, die in der Glassäule eingeschmolzen sind und sich radial von der Wand der Glassäule aus nach innen erstrecken; sie liegen alle in einer gemeinsamen Ebene quer zur Hauptachse der Säule. Die drei Stifthalter, die einen Satz bilden, sind in gleichen Winkelabständen rund um den Umfang der Säule innerhalb dieser gemeinsamen Ebene verteilt. Die anderen Stifthaltersätze sind um 60° hinsichtlich der beiden benachbarten Sätze gedreht. Die Konstruktion dieser Halterungen ist derart gewählt, daß optimale elektrische Betriebsbedingungen und eine optimale mechanische Halterung vorhanden sind.

Die drei dargestellten Ausführungsformen zeigen nacheinander die Entwicklung einer einfachen anfänglichen Form zu einer Form, in der prinzipiell und praktisch die mechanischen Spannungen und die Konzentration der elektrischen Spannung in einem Höchstmaß verringert sind.

Bei den ersten beiden Ausführungsformen werden die einzelnen Stifte eines Satzes an einer Steuerelektrode befestigt; sie laufen durch die Wand der Glassäule hindurch und sind in der Wand befestigt und luftdicht eingeschmolzen.

Bei der dritten Ausfuhrungsform enthalten die drei Halter jedes Satzes eine zylindrische Hülse aus einer Legierung mit 20% Nickel, 17% Kobalt, 0,2% Mangan und dem Rest aus Eisen; diese Hülse verläuft radial durch die Wand der Hauptglassäule hindurch und ist in dieser befestigt und eingeschmolzen. Innerhalb einer solchen Hülse ist ein Stift gleitend gelagert. Alle Stifte sind innerhalb ihrer Hülse bis zu einem Punkt bewegbar, der mit der Lage der anderen Stifte des Satzes in einer gewissen Beziehung steht, um die richtige koaxiale Stellung und Zentrierung der gehalterten Steuerelektrode zu gewährleisten. Sobald sich alle Steuefelektroden in der richtigen koaxialen Lage befinden, werden die drei Haltestifte an ihren Hülsenführungen z. B. durch Schweißen befestigt, um den Stift festzulegen und das äußere Ende der Hülse luftdicht abzuschließen.

Um die Führungshülsen eines Satzes Stifte für eine Steuerelektrode anzubringen, wird der für die Hülsen ausgesuchte Bereich der Säule mit einem Brenner so weit erhitzt, daß sich eine Blase bildet, die dann zur Herstellung eines Loches von passender Größe zur Aufnahme der Führungshülse bearbeitet wird. Die Hülsen werden dann in die Glaswand luftdicht eingeschmolzen. Die Hülsen aller Sätze werden in gleichen Winkelabständen rund um die Achse der Säule angeordnet. Die anderen Hülsensätze sind um einen Winkel von 60° oder um die Hälfte des Winkelabstandes versetzt, so daß der größtmögliche Abstand zwischen den Stiften der benachbarten Sätze entsteht. Die Säule wird dann mit den eingeschmolzenen Hülsen gereinigt. Nach der Reinigung werden die verschiedenen Steüerelektroden der Reihe nach an der Glassäule befestigt. Die gesamte Säulenanordnung wird erneut gereinigt und dann an einer Stelle zwischen der Kathodenhalterung und der Anodenhalterung angeschweißt, um eine hermetisch abgedichtete Kammer zwischen der Kathode und der Anode oder der Antikathode zu bilden.

Zum besseren Verständnis werden die Figuren beschrieben.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer Röntgenröhre, und zeigt, wie die Steuersäule zwischen einer Stützplatte der Kathode und einem Halteflansch angeordnet ist, der der Antikathode oder der Anode der Röntgenröhre zugeordnet ist, und außerdem Leitungen von der Kathode und der Anode zu einem Transformator.

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Steuerelektrode der ersten Ausführungsform der ein Ganzes bildenden, zylindrischen Anordnung und zeigt die Haltestifte an einem elastischen Halter, der an der Seitenwand der Steuerelektrode befestigt ist.

Fig. 3 ist ein Querschnitt längs einer Linie3-3 der Fig. 1 und zeigt, wie die Steuerelektrode der

ao ersten Ausführungsform axial auf dem äußeren Tragzylinder dadurch festsitzt, daß die Stiftenden der Haltearme in zuvor ausgebildete Nocken in einem Rand eines Zylinderabschnittes eingreifen, der am Rand des nächsten, benachbarten Zylinderabschnittes der Säule angeschmolzen werden soll.

Fig. 4 ist ein Grundriß eines ringförmigen Flansches, der am Körper einer Steuerelektrode befestigt werden soll und als Halterung für die Elektrode dient und der seinerseits von den Stiften an den Enden der elastischen, am Flansch befestigten Arme gehaltert wird.

Fig. 5 ist ein Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer ein Ganzes bildenden zylindrischen Anordnung, bei der die Steuerelektroden von getrennten Stiften gehaltert werden, die zuerst durch Löcher in der Zylinderwand eingesetzt und dann in der Zylinderwand luftdicht eingeschmolzen und befestigt werden.

F i g. 6 ist ein Querschnitt längs der Linie 6-6 der Fig. 5 und zeigt, wie eine Steuerelektrode bei der zweiten Ausführungsform angeordnet ist, um einen Satz von Haltestiften durch vorbereitete Löcher in dem Stützzylinder aufzunehmen, nachdem die Stifte in der Zylinderwand eingeschmolzen und befestigt sind.

Fig. 7 ist ein Querschnitt ähnlich der Fig. 6 längs der Linie7-7 der nachfolgenden Fig. 8 und zeigt, wie eine Steuerelektrode bei der dritten Ausführungsform von Stiften gehaltert wird, die durch Führungshülsen eingesetzt sind, die zuvor in dem Haltezylinder eingeschmolzen und luftdicht befestigt sind.

Fig. 8 ist ein Längsschnitt durch die dritte Ausführungsform und zeigt die Stützen für die Elektroden und ihre in Winkelabständen versetzten Stellungen für die anderen Elektroden.

Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht und zeigt zwei benachbarte Elektroden der Anordnung nach F i g. 8 und außerdem, wie die Haltestifte der anderen Elektroden winkelmäßig versetzt sind, um den Abstand für Kriechströme zwischen den Stiften der benachbarten Elektroden zu vergrößern.

Fig. 10 ist eine auseinandergezogene Ansicht der einen Ausführungsform einer Steuerelektrode und eines Abschnittes des äußeren Stützzylinders, von dem die Elektrode gehaltert wird.

Die in F i g. 1 dargestellte Ausführungsform einer Röntgenröhre 20 enthält eine Kathode 21, die einen

Elektronenstrom erzeugt, der von aufeinanderfolgenden Steuerelektroden 22 α bis 22 c geführt und gesteuert wird, so daß sich ein Strahl bildet, der durch eine Linie 23 angedeutet ist und auf einer Antikathode 24 auftrifft, die auf der Stirnfläche einer Anode 25 gehaltert ist.

Eine außerhalb der Röntgenröhre 20 angeordnete Hochspannungsquelle, ζ. B. ein Transformator, ist zwischen der Kathode 21 und der Anode 25 angeschlossen und baut ein Hochspannungsfeld auf, das to den Elektronenstrahl von der Kathode 21 zu der Antikathode 24 lenkt.

Die Steuerelektroden, von denen drei in Fig. 1 zu sehen sind, liegen längs der Achse 23 in bestimmten Abständen koaxial zueinander, so daß sie gegeneinander isoliert sind und den Elektronenstrom als Strahl steuern und formen. Eine Halterung an drei Punkten ist für alle Steuerelektroden 22 α bis 22 c vorgesehen, damit ein relativ stabiles Stützsystem zur Beibehaltung der koaxialen Anordnung der Elektro- ao den zustande kommt.

Die endgültige Halterung der Steuerelektroden 22 geschieht durch eine ein Ganzes bildende dielektrische Säule, z. B. durch eine Röhre oder einen Zylinder 35 aus Glas oder einem keramischen Material. Die zylindrische Säule 35 haltert die Steuerelektroden 22 und umschließt sie in einer evakuierten Kammer 37, in der ein Hochvakuum oder ein vorgegebener Druck aufrechterhalten wird. Die Glassäule 35 wird an ihren entgegengesetzten Enden auf Stützen gehaltert, die der Kathode 21 bzw. der Anode 25 zugeordnet sind. Die Verbindungen zwischen der Säule und diesen Stützen sind als luftdichte Verschlüsse ausgebildet.

Die Fig. 2 und 3 zeigen eine Ausführungsform einer Steuerelektrode 22 mit drei elastischen Stifthaltern 41, die an einem Elektrodenkörper 40 in Bereichen befestigt sind, die gleich weit um den Umfang des Körpers 40 verteilt sind. Die Halter 41 sind frei tragend befestigt; ihr freies Ende trägt einen Dichtungsstift 42, der in der Wand eines Abschnittes 44 des Glaszylinders 35 eingeschmolzen ist.

Bei der ersten Ausführungsform ist die endgültige Säule 35 aus gesonderten Glaszylinderabschnitten hergestellt, die aneinander angeschmolzen sind. Die Ränder des einen Abschnittes 44 sind mit Rillen 45 versehen, in denen die Dichtungsstifte 42 an der richtigen Lage eingesetzt sind, wie in Fig. 3 zu sehen ist. Nachdem der Elektrodenkörper 40 in die richtige Stellung gebracht ist, werden die Stifte 42 an dem Abschnitt 44 angeschmolzen und abgedichtet. Das äußere Ende des Stiftes 42 ist mit einer dünnen Schicht eines benetzenden Glases 46 versehen, das einen Glasfüllstoff für die Furche 45 beim Einschmelzen und Abdichten bildet.

Die Stifte werden in erster Linie verwendet, um die Steuerelektrode in der richtigen koaxialen Lage festzuhalten; dann werden die Stifte gefestigt und durch Einschmelzung in dem benetzenden Glas 46 an der Glassäule abgedichtet.

F i g. 4 zeigt eine geänderte Ausführungsform, bei der ein ringförmiger Trägerflansch 50, der eine Steuerelektrode haltern soll, als Befestigungsplatte für das eine Ende der drei elastischen frei tragenden Stifthalter 51 dient. Die äußeren oder freien Enden der Halter 51 dienen als Befestigungsstifte 52 und sind mit einer Schicht 53 eines Glases zur Verschmelzung mit der Glassäule versehen, die in ähnlicher Weise wie bei der Ausführungsform der F i g. 3 erfolgt. Wenn eine keramische Säule verwendet wird, soll die Schicht 53 eine Schicht aus demselben Material wie die keramische Säule sein, mit dem der Stift verbunden wird.

Die Fig. 5 und 6 zeigen eine weitere Ausführungsform. Die allgemeine Anordnung der Kathode, der Anode und Steuerelektroden mit der abstützenden Glassäule ist der Anordnung nach F i g. 1 ähnlich. Das Hauptproblem der Halterung der einzelnen Steuerelektroden ist jedoch in unterschiedlicher Weise gelöst.

Wie in Fig. 5 zu sehen ist, ist eine Kathode60 auf dem einen Ende einer Glassäule 61 gehaltert und angeschmolzen. Die Anode 62 ist am anderen Ende der halternden Säule angeschmolzen; die Steuerelektroden 63 sind an bestimmten Stellen zwischen der Kathode und der Anode von der Säule 61 gehaltert.

Bei dieser zweiten Ausführungsform nach den Fig. 5 und 6 ist jede Steuerelektrode63 mit drei hülsenartigen Haltern 65 zur Aufnahme von Stiften versehen. Diese Halter 65 sind am Körper der Steuerelektrode 63 in derselben Ebene angeschweißt und rund um den Umfang des Elektrodenkörpers in gleichen Winkelabständen verteilt.

Die Glassäule 61 nach F i g. 6 wird in der Weise bearbeitet, daß ein Satz von drei Löchern 66 vorgesehen wird, um die Stifte 67 α bis 67 c aufzunehmen, damit diese die Steuerelektrode 63 abstützen festhalten. Die Löcher 66 liegen in derselben Ebene und sind in gleichen Winkelabständen versetzt und verlaufen radial in der Wand der Glassäule 61.

Die verschiedenen Lagen der drei Stifte 67 im Uhrzeiger vom untersten Stift 67 α an zeigen in Fig. 6 die verschiedenen Stufen beim Einbau der Stifte 67 von außen durch die Glassäule in diehülsenförmige Halterung 65, während die Steuerelektrode 63 an ihrem Platz von einem geeigneten Werkzeug, z. B. einer Spindel (nicht gezeigt), festgehalten wird, die in die Glassäule hineinläuft. Die Stifte werden in Löchern der hülsenförmigen Halter im Preßsitz eingesetzt. Die Stifte können andererseits auch an den Haltern angelötet oder mit diesen verschweißt werden. In jedem Fall werden die Stifte dazu benutzt, die Steuerelektrode 63 in der richtigen koaxialen Stellung zu haltern, nachdem die Stifte in der Glassäule 61 eingeschmolzen sind, wobei das Glas neben den Stiften eine konkave gekrümmte Verbindung oder Ausrundung 68 bildet, um innere mechanische Spannungen aufzuheben.

Da derartige Säulen und die sie verwendenden Röntgenröhren mit elektrischen Feldern von einigen Millionen Volt betrieben werden sollen, müssen die durch die elektrischen Felder herbeigeführten inneren mechanischen Spannungen beträchtlich sein.

Es gibt zwei Arten von durch elektrische Felder herbeigeführten mechanischen Spannungen. Die erste ist eine mechanische Beanspruchung des Metallelementes, das als Anschluß für eine Spannungsquelle dient. Diese Beanspruchung ist relativ vernachlässigbar. Die zweite und in diesem Fall besonders wichtige innere mechanische Beanspruchung ist jedoch die elektrische Verformung, die eine Funktion des Potentialgradienten ist. In diesem Fall wird der Potentialgradient durch die Feldstärke und durch die Krümmung der Oberfläche des metallischen Elementes, in diesem Fall durch die Krümmung des

Stiftkörpers bestimmt, der in der Wand des Zylinders luftdicht eingeschmolzen ist.

Wenn der Stiftdurchmesser kleiner wird, wird die Krümmung am Umfang stärker; dann wird der Potentialgradient steiler, so daß leichter eine Koronaentladung entstehen kann. Eine Koronaentladung in einer solchen Röhre kann schnell zu Beschädigungen der Röhre führen. Wenn jedoch der Stiftdurchmesser größer ist, um die Bildung einer Koronaentladung in einer Röntgenröhre bei höheren Spannungen weitgehend zu beseitigen, kann der Stift so unnachgiebig werden, daß er eine zu geringe Elastizität zeigt.

Wenn die Dicke der Stifthaltungen in F i g. 3 und 6 ausreicht, um die notwendige Festigkeit zu gewährleisten, können sie nicht immer die ausreichende Nachgiebigkeit aufweisen, um die inneren mechanischen Spannungen aufzunehmen und sie von der Glassäule abzuhalten. Darüber hinaus ist die geringe Krümmung des Stiftes bei der zweiten Ausführungsform so stark, daß eine Koronaentladung bei höheren elektrischen Spannungen gefördert wird.

Bei der dritten Ausführungsform, die in Fig. 7 und den nachfolgenden Figuren zu sehen ist, werden andersartige Halterung und Befestigung des Stiftes verwendet, damit die nötige Festigkeit zur Halterung der Steuerelektrode zustande kommt und gleichzeitig die nötige Elastizität geliefert wird; dann kann die Halterung unter den Kräften aus den verschiedenen mechanischen Beanspruchungen, die während des Betriebes auftreten, also den mechanischen, thermischen und elektrischen Beanspruchungen, nachgeben und außerdem gleichzeitig Flächen bilden, die eine Koronaentladung bei höheren elektrischen Spannungen unterbinden.

Wie aus den Fig. 7 bis 10 hervorgeht, sind alle Steuerelektroden 70 mit je drei Haltern 72 versehen, die rund um den Umfang der Steuerelektrode in gleichen Winkelabständen angeordnet sind; jeder Halter enthält einen Basisteil, der am Körper der Steuerelektrode 70 befestigt ist. Jeder Halter 72 besitzt einen senkrechten Flansch 74, der radial nach außen vom Basisteil aus vorspringt, der an der Elektrode 74 befestigt ist. Die drei Halter dienen zur Halterung eines Ringes 73, der locker auf dem Basisteil der Halter 72 sitzt und gegen den senkrechten Flansch 74 der Halter anliegt. Der Ring 73 ist mit drei im gleichen Abstand voneinander angeordneten Löchern 76 versehen, die auf entsprechende Löcher 77 in den senkrechten Flanschen der Halter 72 ausgerichtet sind. Der Ring 73 kann an den drei winkelförmigen Haltern 72 mit Schrauben und Sperrmuttern oder durch Hartlöten, Schweißen usw. starr befestigt sein, worauf der Ring 73 und die drei Halter 72 ein relativ starres, aus einem Stück bestehendes Stützelement für die zylindrische Elektrode 70 bilden. Andererseits kann der Ring 73 unmittelbar am Elektrodenkörper 70 angeschweißt sein.

Der Ring 73 kann außerdem als starres Verbindungselement dienen, das mechanisch mit der ein Ganzes bildenden Glassäule 75 in Verbindung steht.

Zur Halterung des Ringes 73 und seiner Steuerelektrode 70 an der Glassäule 75 werden drei Röhren 80 aus Kovarmetall verwendet. Diese Röhren besitzen dünne Wände, deren Dicke 0,127 bis 0,38 mm beträgt. Alle Hülsen 80 werden in der Glassäule 75 luftdicht eingeschmolzen. Hierzu werden drei entsprechend gelegene Bereiche der Glassäule 75 luftdicht eingeschmolzen. Hierzu werden drei entsprechend gelegene Bereiche der Glassäule, die in einer Ebene quer zur Achse der Säule etwa in derselben Höhe liegen, erwärmt und zum Erweichen gebracht, worauf Löcher hergestellt werden, die je eine Kovarhülse 80 aufnehmen. Alle Kovarröhren 80 werden dann angeschmolzen und in der Glassäule befestigt, so daß ein luftdichter Abschluß entsteht. Die Glasdichtung wird vorzugsweise so gestaltet, daß sich eine Ausrundung 81 bildet, die dazu beiträgt, die inneren mechanischen Spannungen zwischen dem Glaszylinder und der Metallröhre zu vermindern. Die Kovarröhren 80 des betreffenden Satzes sind in derselben Ebene radial angeordnet und haben rund um den Umfang der Glassäule 75 den gleichen Winkelabstand.

Die Steuerelektrode 70 kann nun mechanisch mit den einzelnen Sätzen der drei abstützenden Kovarhülsen 80 verbunden werden.

Wie in den F i g. 7 und 10 zu sehen ist, ist ein Stift 82 im Gleitsitz in allen Kovarhülsen 80 vorgesehen, so daß er leicht durch die Kovarhülse 80 gleiten und in drei voneinander getrennte Löcher 83 am Rand des Ringes 73 hineinlaufen kann. Das Loch 83 hat eine solche Abmessung und Lage, daß es das Vorderende des Kovarstiftes 82 aufnehmen kann. Wie in den Fig. 7 und 10 zu sehen ist, läuft das Vorderoder innere Ende des Stiftes 82 spitz zu einem Punkt 82 a aus. Infolge dieser scharfen Spitze kann der Stift 82 leicht das betreffende Loch 83 im Ring 73 finden, aber seine bedeutsame Funktion besteht darin, daß er die zugehörige Steuerelektrode abzustützen hilft.

Nachdem die drei Stifte 82 eines Satzes in ihren Ring 37 eingesetzt und so eingestellt sind, daß sie ihre zugehörige Steuerelektrode koaxial haltern, werden die äußeren Enden der Stifte an den Kovarröhren angeschweißt, so daß eine hermetische Dichtung entsteht.

Die Stifte bestehen ebenfalls vorzugsweise aus Kovar, um das Anschweißen des Stiftes an der Hülse zu erleichtern. Der Stift kann natürlich auch aus rostfreiem Stahl oder einem anderen Metall hergestellt sein, das an dem Kovar angeschweißt werden kann. In ähnlicher Weise können die Stifte der ersten und zweiten Ausführungsform aus einem Metall oder einer Legierung bestehen, mit der Glas leicht verschmilzt und die sonst den beabsichtigten Zwecken dient.

Die Spitze 82 a aller Stifte 82 dient einem weiteren wichtigen Zweck. Sie stellt einen wirklichen Berührungspunkt zwischen der Kovarhülse und der Steuerelektrodenanordnung her, über den die entstehenden mechanischen Spannungen übertragen werden. Die mechanischen Spannungen dürfen geringe Veränderungen der Stiftform um einen solchen Berührungspunkt als Mittelpunkt bewirken, ohne daß die gesamten mechanischen Spannungen der Glasdichtung aufgeprägt werden. Daher kann sich die Spitze 82 a einebnen und mechanische Spannungen aufnehmen, die eine Beschädigung der Dichtung aus Glas mit Kovar verhindern.

Die mechanischen Spannungen teilen sich somit auf der Stiftspitze und das äußere Ende des Stiftes, wo der Stift an der Kovarhülse angeschweißt ist, und in dem Stiftkörper bis zu einem Maße auf, das der dem Stift eigentümlichen Elastizität entspricht. Der zugespitzte Stift und seine elastische, halternde Füh-

rungshülse dienen der Aufnahme der inneren mechanischen Spannungen und nehmen alle Spannungen auf, die die Steuerelektroden sonst der Glasrohre erteilen würden, die als endgültige Halterung der Elektroden dient.

Um eine zusätzliche Elastizität zur Aufnahme innerer mechanischer Spannungen herzustellen und zu verhindern, daß diese Spannungen die Dichtung in der Glassäule beeinflussen, ist die Abmessung der Führungshülse 80 so gewählt, daß sie den gewünschten Grad an Elastizität liefert.

Außerdem ist der äußere Durchmesser der Führungshülse 80 so gewählt, daß er eine gewölbte Fläche mit einer solchen Krümmung darstellt, daß keine Koronaentladung durch den an der Hülse aufgebauten Potentialgradienten bei der elektrischen Spannung herbeigeführt wird, die in diesem Fall zum Betrieb der Röntgenröhre benutzt wird.

Nachdem die Steuerelektroden in der Glassäule 75 eingepaßt sind, werden die beiden Enden der Säule in gesonderte Abschlußringe 85 und 86 eingesetzt und dabei an den Abschlußrändern der Glassäule hermetisch abgedichtet. Diese beiden Abschlußringe werden dann in ihre Halterungen, die der Kathode bzw. der Anode zugeordnet sind, eingesetzt und luftdicht abgeschlossen. Wie aus Fig. 8 hervorgeht, ist der Abschlußring 85 mit einem Flansch 85 a versehen, der gegen einen Dichtungsring 88 anliegt, der aus einem Stück an einer Halteplatte 90 der Kathodenanordnung befestigt ist. Der Flansch 85 a steht über eine hermetische Dichtung mit dem Ring 88 in Verbindung.

Der andere Abschlußring 86 ist ebenfalls so angeordnet, daß er luftdicht mit einer Stützplatte 95 verbunden werden kann, die an der letzten Steuerelektrode 96 luftdicht angeschweißt ist; die Steuerelektrode steht elektrisch mit der Anode 110 in Verbindung. Die elektrische Spannung, die an die Beschleunigersäule, in diesem Falle einer Röntgenröhre, angelegt werden kann, kann 1000 000 bis 2 000 000 V Spitzenspannung oder mehr zwischen der Kathode und der Anode betragen. Gewöhnlich wird diese Spannung von der Sekundärwicklung eines Aufwärtstransformators zugeführt, die ein Resonanzsystem mit den Bestandteilen der Beschleunigersäule bildet, wie in F i g. 1A gezeigt ist. Diese Säule würde genauso gut mit anderen Hochspannungsquellen, ζ. Β. Van-der-Graaf-Generatoren, Marx-Generatoren, arbeiten.

Die Steuerelektroden empfangen ihre elektrische Spannung von aufeinanderfolgenden Zwischenanzapfungen des Transformators oder von anderen Spannungsteilern. Wenn sich derartig hohe elektrische Spannungen an den Elektroden und an ihren Halteteilen befinden, ist es von Wichtigkeit, alle Oberflächen so zu gestalten, daß die mechanischen Spannungen infolge der elektrischen Spannungskonzentration eines Potentialgradienten auf einen Wert begrenzt werden, der unter den Spannungswerten liegt, die eine Koronaentladung herbeiführen.

Der Ring 73, der die Steuerelektroden 70 umgibt und haltert, bildet einen wesentlichen Bereich, in dem die elektrische Durchschnittsspannung unter ihrem zulässigen Wert gehalten wird. Durch diesen wesentlichen Bereich wird ein wesentlicher Vorteil beim Zusammenwirken mit den Kovarhülsen erzielt, die die Stifte haltern.

Die Kovarhülsen, die die Haltestifte für den Ring tragen, haben einen solch großen Durchmesser, daß sich am Umfang eine Krümmung bildet, die verhindert, daß sich ein übermäßiger Potentialgradient entsprechend dem elektrischen Feld bildet. Der Potentialgradient sucht sich an den Ecken und scharfen Rändern der Metallteile zu vergrößern, die als Anschlüsse oder Elektroden dienen. Wenn der Potentialgradient gewisse Werte erreicht, die von der Art und dem Druck der umgebenden Atmosphäre abhängen, entsteht eine Koronaentladung. Um diese Koronaentladung zu verhindern, muß der Potentialgradient an jedem Punkt der Röntgenröhre unter einem entsprechenden zulässigen Wert gehalten werden. In dem einen Fall werden alle Kanten abgerundet und alle gewölbten Oberflächen bis zu einer Krümmung vergrößert, deren Radius über einen ausgesuchten minimalen Wert hinausgeht.

In diesem Falle ist der Durchmesser der Kovarhülsen 80 größer gewählt, als für ihre Festigkeit allein notwendig ist. Indem man eine Hülse verwendet, darf wegen der größeren Festigkeit einer röhrenförmigen Anordnung ein dünneres Metall für die Hülse verwendet werden. Die dünne Hülse kann etwas über die äußere Außenfläche der Glashülse hinausragen, so daß eine außenliegende, frei tragende Halterung für das äußere Ende des Stiftes 82 entsteht.

Dieser frei tragende Abschnitt der Hülse liefert eine gewisse, ihm eigentümliche- energieabsorbierende Elastizität, die hierbei sehr wichtig ist. Die inneren mechanischen Beanspruchungen, die sich aus der Erwärmung der Elektroden und der damit verbundenen Formveränderung ergeben, werden von den Stiften 82 übertragen und in den Hülsen aufgenommen.

Der Stift nimmt also innere mechanische Spannungen an seinem Vorderende auf, das zu dem Punkt 82 a hin zugespitzt ist. Das Hinterende des Stiftes in Verbindung mit der frei tragenden Hülse 80 liefert eine zusätzliche Elastizität, um die mechanischen Beanspruchungen zu absorbieren, bevor sie die Wand des Stützzylinders 75 erreichen. Die Glasdichtungen, durch die die Kovarhülsen gehaltert werden, sind außerdem so gestaltet, daß sie eine gekrümmte Form oder eine Ausrundung aufweisen, die ebenfalls die konzentrierten mechanischen und elektrischen Beanspruchungen begrenzt.

Da die Hülse 80 mit einem größeren Außendurchmesser verwendet wird, liegt der Potentialgradient an allen Punkten der Hülsenoberfläche unter dem Wert, der zur Herbeiführung einer Koronaentladung notwendig ist. Infolgedessen kann die Glasrohre mit Hochspannungen betrieben werden.

Eine derartige Vergrößerung des Krümmungsradius der Stifthülse 80 bewirkt, daß die Neigung zur Bildung von Koronaentladungen an der Innen- und an der Außenfläche der Glassäule unterdrückt wird.

Ein weiteres wichtiges Merkmal bei der Steuerung der elektrischen Felder zur Verhinderung von Feldkonzentrationen und der sich ergebenden Koronaentladung ist der Ring 73. Dieser Ring 73 hat eine mechanische und eine elektrische Funktion. Mechanisch dient er als Verbindung zwischen den Stiften 82 und der Steuerelektrode 70. Elektrisch dient er als erweiterte Äquipotentialfläche mit den drei in einer Ebene befindlichen Stiften 82 und den Hülsen 80. Wie herausgefunden wurde, wird durch die Ver-

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größerung des Durchmessers des Ringes, durch die er dichter an die Innenfläche der Glassäule gebracht wird, die Fortpflanzung von Kriechentladungen von dem einen Teil zum benachbarten verringert.

Beim Betrieb der Säule kann eine Stifthülse als Anschluß für die zugehörige Elektrode verwendet werden, an dem eine Spannung vom außen angezapften Transformator oder einem Spannungsteiler angelegt werden kann. Der vergrößerte Bereich des Ringes vermindert sogar weiter jegliche Feldkonzentration an dem Anschlußstift. Wie man aus der F i g. 7 erkennen kann, liegt der Umfang des Flanschringes 73 ganz dicht am inneren Ende der Stifthülse 80. Der Zwischenraum oder Spalt 83 ist so eng, daß kein Feldfluß entstehen kann, der eine Koronaentladung herbeiführen könnte. Der Feldfluß wird hauptsächlich auf die frei Hegenden Flächen der Stifthülse 80 und des Flanschringes 83 verteilt. Da diese Flächen eine Äquipotentialfläche bilden, wird das elektrische Feld so weit aufgeteilt und verteilt, daß es unter dem Wert gehalten wird, bei dem sich eine Koronaentladung bildet.

An Stelle des Kovarmetalls können auch andere Metalle verwendet werden, falls ein entsprechendes Glas gewählt wird. Zum Beispiel können ein Kaiziumoxydglas und ein rostfreier Stahl verwendet werden. Wenn eine Keramikröhre als Tragsäule verwendet wird, können Führungshülsen aus einem mit der Keramik zu vereinigenden Metall Anwendung finden.

Die Konstruktion der Kathode 100 und der Anode 110 ist bekannt. Wie aus der Fig. 8 hervorgeht, dient die die Kathode halternde Platte 90 außerdem als Anschluß, der einen Stecker 101 mit einer Verbindung zum Transformator oder einer gleichwertigen Spannungsquelle aufnimmt. Fernerhin ist ein Anschluß 102 aus Glas dargestellt, an den ein äußeres Pumpsystem zur Evakuierung der Säule angeschlossen wird und der zur Aufrechterhaltung des Vakuums abgeschmolzen werden kann.

Am anderen Ende der Röhre ist die Anode 110 am Außenende der letzten Steuerelektrode 96 gehaltert. Die Anode 110 trägt eine übliche Antikathode 111, die unter einem Winkel gegenüber den aus einem Fenster 115 austretenden Röntgenstrahlen angeordnet ist. Das Fenster 115 besteht aus einem Metall, das für Röntgenstrahlen durchlässig ist, und aus einem Rahmen 116, der an der äußeren Verlängerung der letzten Steuerelektrode 96 luftdicht angeschmolzen ist, über die das Vakuum in der Säule erhalten werden kann.

Die beschriebene Einrichtung ist eine einfache und gedrungene Konstruktion, für eine Beschleunigersäule vorgesehen, die leicht konstruiert, zusammengebaut und gereinigt werden kann und bei der die verschiedenen Bestandteile und Elemente derart gestaltet sind, daß sie gegenüber konzentrierten Feldbeanspruchungen geschützt ist.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektronenstrahlröhre, insbesondere für Hochspannungen, deren den Strahl steuernde Elektroden innerhalb der aus dielektrischem Material bestehenden Röhrenhülle elastisch gehaltert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Halteteile der Elektroden aus einem Satz in einer Ebene liegender, einendig in der Röhrenwand verankerter Stifte, vorzugsweise aus drei Stiften, bestehen, die in gleichen Winkelabständen um die Elektrode angeordnet sind.

2. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung eine Hülse mit einem Stift enthält, die vorzugsweise aus einem Material mit demselben Ausdehnungskoeffizienten bestehen und durch einen Reibungssitz verbunden sind, der eine begrenzte Bewegung zur Aufnahme innerer mechanischer Spannungen zuläßt, und daß die Hülsen oder Stifte an der Hülle bzw. der Elektrode oder umgekehrt befestigt sind.

3. Röhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte zugespitzt sind und die Elektrode an den Spitzen festhalten.

4. Verfahren zur Herstellung einer Strahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den für die Elektrodenhalterungen vorgesehenen Stellen die Hüllenwand z. B. durch Erwärmen weichgemacht wird, daß die Hülle an diesen Stellen durchstoßen wird, daß die Elektroden, zueinander ausgerichtet, innerhalb der Hülle eingesetzt werden, daß die Elektrodenhalterungen durch die durchstoßenen Öffnungen eingeführt werden und daß die Halterungen in die Hülle luftdicht eingeschmolzen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem vor dem Einbau die ausgerichteten Elektroden mit Halterungen versehen werden, die radial verlaufende Stifte oder Fassungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die teilweise zuvor zusammengesetzten Elektroden in die Hülle eingeführt und zueinander ausgerichtet werden, daß die Stifte oder Fassungen, die zuvor mit den entsprechenden Teilen (z.B. Hülsen für die Stifte oder Stifte für die Fassungen) zusammengesetzt werden, in Eingriff gebracht und durch die Hülle eingeführt werden und daß die entsprechenden, auf diese Weise in Eingriff gebrachten Teile an der Hülle luftdicht angeschmolzen werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 692108. 814918.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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