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Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenanordnung für eine Elektronenröhre
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenanordnung
für eine Elektronenröhre, bei dem ein Kathodenteil und mindestens eine weitere Elektrode
mit einem keramischen Röhrenkolbenteil in der endgültigen gegenseitigen Lage zusammengesetzt
und dann durch Erhitzen miteinander verlötet werden.
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Der komplizierte Aufbau üblicher Elektronenröhren führt zu unerwünschten
mechanischen Verformungen, die durch mechanische Spannungen verursacht werden, die
bei der Herstellung der Röhre entstehen. Solche mechanische Verformungen sind unerwünscht,
da sie die anfängliche Lage der aktiven Elemente der Röhre zueinander ändern können,
wobei die Eigenschaften der Röhre in einem solchen Maße verschlechtert werden können,
daß sie unbrauchbar wird. Solche unvermeidbaren Spannungen treten beispielsweise
bei der Verformung der Einführungsdrähte in die gewünschte Gestalt zum Anschluß
bestimmter Elektroden auf, ferner beim Biegen von Verbindungselementen zur Verbindung
beabstandeter Röhrenteile und bei dem Verschweißen der verschiedenen Bauelemente.
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Andere Schwierigkeiten beruhen auf den naturgebenen Grenzen, die sich
bei der Ausbildung gewisser Röhrenteile nach den derzeit üblichen Verfahren einstellen.
So werden beispielsweise in weitem Umfang Glimmerplatten als Abstandshalter und
Isolatoren verwendet. Glimmerteile sind jedoch verhältnismäßig schwach und erweisen
sich als unzulänglich, wenn an die Einhaltung genauer Abstände höchste Forderungen
gestellt werden. Weitere Nachteile von Glimmer sind seine Neigung zum Abblättern
und sein Wassergehalt. Ein Teil des Wassers wird während der Fertigung der Röhre
freigegeben, ein anderer Teil erst im Betrieb. Das freigesetzte Wasser schädigt
in Empfängerröhren jedoch die emittierenden Kathodenüberzüge. Ein anderes wasserhaltiges
Material ist Glas, das ganz allgemein für Röhrenfüße und Kolben verwendet wird.
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Die Verwendung von Glimmer und Glas in Empfängerröhren begrenzt die
Ausheiztemperatur, da das üblicherweise für Quetschfüße und Kolben verwendete Glas
bei Temperaturen in der Größenordnung 400 bis 450° C weich wird und Glimmer bei
Temperaturen oberhalb von 600°C Wasser abspaltet. Die Verwendung von Bauelementen
aus Glimmer und Glas in einer Röhre macht also Ansheiztemperaturen unmöglich, deren
Werte oberhalb der oben angegebenen Werte liegen. Es ist jedoch erwünscht, bei höheren
Temperaturen zu arbeiten, da dadurch die Produktion beschleunigt werden kann und
auch bessere Röhren hergestellt werden können, deren Metallteile in höherem Maße
von eingeschlossenen Gasen befreit sind. Die Abwesenheit von okkludierten Gasen
könnte die Menge des notwendigen Gettermaterials verringern; in der Praxis kann
dann sogar das Getter vielfach vollständig entfallen, ohne daß dadurch die Lebensdauer
der Röhre nachträglich beeinflußt würde. Außerdem würde die höhere Temperaturbeständigkeit
höhere Betriebstemperaturen zulassen.
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Auch bei der Herstellung von Empfängerröhren sind verschiedene Probleme
zu lösen. übliche Röhren erfordern die Herstellung von verschiedenen Untereinheiten
vor der Montage der Röhre. Solche Untereinheiten bestehen zumindestens aus einem
Quetschfuß und einem Elektrodenkäfig. Diese Untereinheiten müssen jeweils an verschiedenen
Orten und mit verschiedenen Vorrichtungen hergestellt werden. Der Quetschfuß muß
also auf einer Maschine hergestellt werden, die in der Lage ist, Glas zu erhitzen
und in die gewünschte Form zu bringen und Einführungsdrähte in der gewünschten Anordnung
anzubringen, so daß sich eine Untereinheit ergibt, die aus einer Glasscheibe besteht,
die von Einführungsdrähten
durchsetzt wird. Die Einführungsdrähte
müssen für jede der vielen verschiedenen komplizierten Röhrenarten verschieden gebogen
werden. Der Elektrodenkäfig rnuß entweder automatisch oder von Hand unter Verwendung
von geeigneten Vorrichtungen montiert werden. Die beiden erwähnten Untereinheiten
werden durch Schweißen miteinander verbunden, wobei eine Anzahl von einzelnen Schweißpunkten
nacheinander hergestellt werden müssen. Die Ausführung dieser Verschweißungen erfordert
die Anwendung von Kräften in mehreren verschiedenen Richtungen, was zu vielseitigen
mechanischen Spannungen Anlaß gibt.
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Infolge der erforderlichen Manipulationen und Transporte tritt bei
der Herstellung von derartigen Untereinheiten in der Röhrenfabrikation erheblicher
Ausschuß auf, und die Schwierigkeit der Herstellungsverfahren erfordert qualifizierte
Arbeit. Es ist außerdem nicht ohne weiteres möglich, für verschiedene Röhrentypen
gleiche Teile und gemeinsame Vorrichtungen zu verwenden, Dieser Mangel an Anpassungsfähigkeit
stellt bei den üblichen Röhrenkonstruktionen eine schwer zu überwindende Grenze
bezüglich der Wirtschaftlichkeit bei der Röhrenherstellung dar.
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Die Aufgabe, Verfahren zum Herstellen von Elektronenröhren zu vereinfachen,
besteht selbstverständlich seit langem. Es gibt auch bereits Herstellungsverfahren,
bei denen nur wenige Verfahrensschritte benötigt werden, diese Verfahren eignen
sich jedoch nur für ganz spezielle Röhrentypen. So sind beispielsweise Elektronenröhren
mit einem zylindrischen keramischen Kolben bekannt, der aus ringförmigen Teilen
besteht, zwischen die scheibenförmige Elektroden mit einem Umfangsflansch vakuumdicht
eingelötet sind. Bei der Herstellung solcher Röhren werden durch Aufeinanderstapeln
von Elektroden und Keramikringen Untereinheiten gebildet, die durch Erhitzen in
einem Ofen dann hartverlötet werden. Zur Fertigstellung werden dann die Untereinheiten
mit einer Kathodeneinheit verlötet, was beispielsweise in einem Vakuumofen geschehen
kann. Die Teile werden dabei zum Entgasen des Röhreninneren zuerst im Abstand voneinander
gehaltert und später erst für das endgültige Hartverlöten miteinander in Berührung
gebracht. Dieses bekannte Verfahren eignet sich schlecht zur Herstellung von Röhren
mit rohrförmigen Elektroden und hat außerdem den Nachteil, daß die Elektrodenabstände
von der Dicke der Lotschichten zwischen den verlöteten Teilen, die den Kolben bilden,
abhängen.
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Auch bei anderen Scheibenröhrentypen ist es bekannt, die einzelnen
Teile der Röhre zu montieren und in gegeneinandergedrücktem Zustand durch Erhitzen
in einem Vakuumofen mittels eines Hartlotes zu verbinden.
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Zum Herstellen vakuumdichter Durchführungen durch Keramikscheiben
ist es bekannt, die Innenseite des den Durchführungsleiter aufnehmenden Loches in
der Keramikscheibe mit einem dünnen Metallüberzug, z. B. einem Silberüberzug zu
versehen, bevor der Leiter hart eingelötet wird.
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Durch die vorliegende Erfindung soll ein Verfahren zum Herstellen
einer Elektrodenanordnung für eine Elektronenröhre angegeben werden, bei welchem
die obenerwähnten Mängel weitestgehend vermieden werden. Das Verfahren soll sich
dabei für eine Massenfertigung eignen, keine qualifizierten Arbeitskräfte erfordern,
einfach sein und spannungsfrei Elektrodensysteme mit engen Toleranzen liefern.
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Ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenanordnung für eine Elektronenröhre,
bei dem ein Kathodenteil und mindestens eine weitere Elektrode mit einem keramischen
Röhrenkolbenteil in der endgültigen gegenseitigen Lage zusammengesetzt und dann
durch Erhitzen miteinander verlötet werden, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet,
daß vor dem Verlöten ein rohrförmiges Kathodenteil und ein rohrförmiges Gitterteil
in ihrer endgültigen Lage unabhängig von den Teilen des Röhrenkolbens in einer Lehre
im Abstand voneinander angeordnet werden, daß dann auf diese rohrförmigen Teile
je ein ringförmiger Halteflansch aufgesetzt wird, der bei der fertigen Röhre das
betreffende rohrförmige Teil haltert, und daß anschließend mit den ringförmigen
Halteflanschen gerade Stromdurchführungs-und Stützdrähte in Berührung gebracht werden,
die außerdem noch in üblicher Weise verlötungsbereit in Öffnungen einer Keramikscheibe
liegen, die den Röhrenkolbenteil bildet.
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Bezüglich der weiteren Ausbildung der Erfindung wird auf die Unteransprüche
verwiesen.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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In den F i g. 1 bis 5 ist eine Röhre veranschaulicht, an deren Herstellung
das erfindungsgemäße Verfahren erläutert werden soll, während F i g. 6 und 7 zur
Erläuterung einzelner Verfahrensschritte dienen.
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F i g. 1 zeigt eine auseinandergezogene Ansicht der Teile (a-n) einer
solchen Elektronenröhre; F i g. 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine bei der Herstellung
benutzte Vorrichtung, in der einige der in F i g. 1 dargestellten Teile montiert
sind; F i g. 3 ist eine Ansicht längs der Ebene 3-3 in F i g. 2; F i g. 4 ist eine
Ansicht längs der Meridianebene 4-4 in F i g. 3; F i g. 5 zeigt einen Längsschnitt
einer montierten Röhre nach F i g. 2, nachdem die Teile miteinander verbunden wurden
und eine aktive Kathode eingesetzt worden ist, wobei eine selbsttragende Anordnung
entsteht; F i g. 6 zeigt eine Schnittansicht eines Vakuumofens zur Aufnahme der
Röhrenanordnung und des Kolbens in gegeneinander verschobener Lage, um die Röhrenteile
zu entgasen, den aktiven Kathodenüberzug zu formieren, den durch die auseinandergezogene
Hülle und die Röhrenanordnung gebildeten Röhrenkolben zu evakuieren und die Hülle
mit einer Scheibe der erwähnten Anordnung dicht zu verbinden, und F i g. 7 zeigt
eine teilweise im Schnitt gehaltene Seitenansicht einer fertigen Röhre.
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Gemäß F i g. 1 bestehen die bei dem dargestellten Beispiel einer Röhre
verwendeten Teile aus einem Kolben 12 aus Metall, wie z. B. Stahl, der jedoch auch
aus einem anderen Material, wie z. B. Keramik bestehen kann. Eine Isolierscheibe
14 aus Keramik ist an ihrer Peripherie mit einem Metallüberzug 16 versehen; der
Durchmesser ist dabei so gewählt, daß sie satt in das offene Ende des Kolbens 1.2
paßt. Der Metallüberzug 16 kann aus Molybdän bestehen. Die Scheibe 14 ist ferner
mit einer Mehrzahl von sie durchsetzenden Öffnungen versehen. Die Wände der Öffnungen
tragen einen Metallüberzug 18, beispielsweise aus Molybdän. Eine Reihe von geraden
Drähten,
nämlich Einführungsdrähte 20, 22, 24, 26, 28
und
Stützdrähte 30, 32, 34, 36, 38, 40 bestehen aus einem hitzebeständigen Material,
wie Molybdän und haben einen solchen Durchmesser, daß sie eng, jedoch frei in die
Öffnungen der Scheibe 14 passen. Ein Satz aus koaxialen Elektrodenelementen
enthält ein rohrförmiges Kathodentragröhrchen 42, das aus einer Nickel und
Chrom enthaltenden Legierung bestehen kann, ferner ein zylindrisches Gitter
44 und eine zylindrische Anode 46 aus Metall, wie Nickel. Die erwähnten
Elektrodenelemente können an Flanschen oder Krägen 48, 50 bzw.
52 befestigt werden, die beispielsweise aus Stahl bestehen. Der Durchmesser
der Elektrodenelemente ist so gewählt, daß sie genau in die rohrförmigen Vertiefungen
54, 56 bzw. 58 der Halteflansche passen und an nach innen gebogenen Anschlägen
60, 62 bzw. 64 anliegen. Die Halteflansche sind zur Aufnahme der Einführungsdrähte
20 bis 28 und Stützdrähte 30 bis 40 mit ringförmig vertieften
Teilen versehen, die Überzüge 68,
70 und 72 aus einem geeigneten
Lot tragen. Ein rohrförmiges Kathodenteil 74 ist an einem Ende geschlossen
und trägt einen emittierenden Überzug 76. Dieses Kathodenteil hat eine kopfförmige
Gestalt mit einem solchen Innendurchmesser, daß es satt über das Kathodentragröhrehen
42 paßt. Es bildet mit dem Röhrchen 42 die Kathode der Röhre. Ein
Brenner 77, der doppelt gewendelt ausgeführt sein kann, wird in die aus den Teilen
74 und 42
bestehende Kathode eingesetzt und kann diese auf die gewünschte
Emissionstemperatur erhitzen.
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Wie aus F i g. 3 ersichtlich ist, sind die Öffnungen in der Scheibe
14 bei der dargestellten Triode auf vier konzentrischen Kreisen
78, 80, 82 und 84 angeordnet. In jedem Kreis befinden sich drei Öffnungen
in gleichem Abstand voneinander. Die Öffnungen benachbarter Kreise sind gegeneinander
um 60° versetzt, um den größtmöglichen Abstand zu gewährleisten.
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Entsprechend dieser Anordnung enthält der innerste Kreis
84 drei Öffnungen 86, 88, 90, die winkelmäßig um 120° versetzt sind.
Der darauffolgende Kreis 82 enthält drei Öffnungen 92, 94,
96,
die nicht nur 120° voneinander versetzt sind, sondern auch 60° gegenüber den Öffnungen
86,
88, 90. Der dritte Kreis 80 enthält die Öffnungen
98,
100, 102, die sowohl gegeneinander um 120° als auch gegenüber den
Öffnungen 92, 94, 96 um 60° versetzt sind. Die Öffnungen 104, 106, 108
im äußersten Kreis 78 sind in gleicher Weise gegeneinander um 120° gegen
die Öffnungen 98, 100
und 102 um 60° versetzt. Durch die erwähnten
Öffnungen erstrecken sich Einführungs- und Stützdrähte, die dementsprechend eine
Reihe von Dreifuß-Stützanordnungen bilden, die sich durch eine erhöhte Stabilität
und eine geringe Kapazität auszeichnen.
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Die Flansche 48, 50 und 52 sind, wie erwähnt, mit metallischen Überzügen
68, 70 und 72 versehen, die aus Kupfer oder irgendeinem anderen geeigneten Lot bestehen
können. In gleicher Weise sind die Einführungs- und Stützdrähte zu Lötzwecken mit
Metall, wie Kupfer verbunden. Bei der dargestellten Ausführungsform waren die Überzüge
elektrolytisch aufgebracht.
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Die Metallschicht auf der Keramikscheibe kann durch irgendein bekanntes
Metallisierungsverfahren erzeugt werden. Hier wurde eine Badmetallisierung verwendet,
bei welcher lösliche Molybdänsalze zur Erzeugung eines metallischen Überzuges auf
allen freiliegenden Oberflächen der Scheibe dienten. Nach der Reduktion des Salzes
zum Metall wurde alles Molybdän von den flachen Seiten der Scheibe durch Schleifen
entfernt. Nach dem Schleifen trägt die Scheibe 14 nur an den gewünschten
Stellen 18, 16
Metallüberzüge, nämlich an den die Öffnung begrenzenden Wänden
und an der Peripherie der Scheibe.
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Bei der beschriebenen Ausführungsform. werden nur einige der in F
i g. 1 dargestellten Drähte, nämlich die Drähte 20, 22, 24, 26 und
28 zu Einführungszwecken herangezogen. Diese Drähte haben dementsprechend
eine ausreichende Länge, um die zugehörigen Elemente innerhalb der fertigen Röhre
stützen zu können und sich außerdem noch zur Bildung von Sockelstiften aus der Scheibe
14 heraus zu erstrecken. Wie in F i g. 2 ersichtlich ist, erstrecken sich
also die Einführungsdrähte 20, 22, 24,
26 und 28 durch die Scheibenöffnungen
106, 98, 94, 86 und 88. Die Einführungsdrähte 20, 22 und
24
liegen an den Flanschen 52, 50 bzw. 48 an, die mit den drei
Elektroden der Röhre verbunden sind, die Einführungsdrähte 26 und
28 erstrecken sich ein Stück durch die Scheibe 14 bis zu den freien
Enden des Heizfadens 110 und 111. Die inneren Enden der Einführungsdrähte
26 und 28 können zur Befestigung des Brenners mit einem Metallüberzug, wie z. B.
Kupfer, versehen sein.
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Die anderen in F i g. 1 dargestellten Drähte, also die Drähte
30, 32, 34, 36, 38 und 40 sind so lang, daß sie an den Flanschen
48, 50 und 52 ansetzend sich nur einen Teil in die Scheibe
14 erstrecken. Wie beispielsweise in F i g. 4 dargestellt ist, reicht der
Draht 34 nicht ganz durch die Scheibe. Im Gegensatz zum Draht 28,
reicht er nicht so weit nach oben in den Außenraum der Röhre, um als Einführungsstift
dienen zu können. Die sich ergebenden Vertiefungen in den Öffnungen 92, 96,1(i0,
102', 104 und 108 (F i g. 3), von denen eine in F i g. 4 dargestellt
ist, können mit einem Metallkörper 113,
beispielsweise aus Kupfer, gefüllt
werden. Die Öffnung 90 des innersten Ringes, in der sich kein Draht befindet,
kann ebenfalls mit einem Metallstift, beispielsweise aus Kupfer, dicht verschlossen
werden. Obgleich die Öffnung 90 zwecklos geworden ist, wenn im innersten
Kreis die entsprechenden Öffnungen für die Brenneranschlüsse 110 und
111 ausgewählt wurden, gewährleisten sie doch eine leichtere Orientierung
der Scheibe in bezug auf die Heizeranschlüsse, was insbesondere bei maschineller
Montage wichtig ist. Andererseits können die Einführungs-und Stützdrähte auch gleich
lang sein und erst nach der Fertigstellung der Röhre auf die gewünschte Länge beschnitten
werden.
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Die erwähnten Metallüberzüge befinden sich nicht nur auf den Flanschteilen
54, 56 und 58 der Flansche, sondern auch an der Innenseite
115, 117
und 119 (F i g. 1), um die Flansche mit dem Kathodentragröhrchen
42, dem Gitter 44 und der Anode 46 in einer noch zu beschreibenden
Weise verlöten zu können.
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Es ist einleuchtend, daß die Flansche oder Krägen 48, 50 und
52 verbreiterte Tragteile für die zugehörigen Elektrodenelemente bilden.
Jedes Elektrodenelerrient trägt also an seinem einen Ende einen verbreiterten Tragteil,
über den es, wie noch genauer beschrieben werden wird, mit einer individuellen
Gruppe
von drei Drähten verbunden ist. Jede Gruppe aus drei Drähten bildet einen Dreifuß,
durch die der Flansch und das zugehörige Elektrodenelement auf der Scheibe 14 abgestützt
sind. Es ist ebenso einleuchtend, daß die Drähte, die mit einem Halteteil (beispielsweise
dem Gitterflansch 50) verbunden sind, weiter voneinander entfernt sind, als die
Drähte, die mit einem anderen Lagerflansch, beispielsweise dem Kathodentragflansch
48, verbunden sind. Die Drähte mit einem größeren gegenseitigen Abstand tragen ein
Tragteil, das einen größeren Abstand von der Isolierscheibe hat.
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Der Metallkolben 12 (F i g. 1 und 7) besitzt einen nach außen
erweiteren Rand 116, so daß ein ringförmiger Anschlag 118 gebildet wird, auf dem
die Scheibe 14 ruhen kann, so daß die Eindringtiefe der Scheibe in den Kolben begrenzt
wird. Zur hermetischen Abdichtung des Kolbens 12 mit dem metallischen überzug am
Umfang der Scheibe dient ein Ring 120 (F i g. 6) aus Lot.
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Anschließend soll nun eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Montage und Behandlung der erwähnten Teile beschrieben werden.
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Dieses als Beispiel angeführte Verfahren besteht aus drei Gruppen
von Verfahrensschritten. Die erste Gruppe der Verfahrensschritte besteht aus dem
Zusammensetzen einiger in F i g. 1 dargestellter Teile in einer geeigneten Vorrichtung,
wie sie beispielsweise in F i g. 2 dargestellt ist.
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Bei der zweiten Gruppe der Verfahrensschritte werden die Vorrichtung
und die zusammengesetzten Teile erhitzt, wodurch diese Teile zu einer spannungsfreien,
selbsttragenden Einheit vereinigt werden; anschließend wird dieser Einheit noch
ein weiteres Teil zugefügt.
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Bei der dritten Gruppe der Verfahrensschritte wird der erwähnten Einheit
ein weiteres Teil zugefügt, und die resultierende Anordnung wird unter Vakuum auf
eine niedrigere Temperatur erhitzt, als bei dem erstgenannten Erhitzungsvorgang,
wobei die nachträglich eingesetzten Teile mit der Anordnung verbunden und okkludierte
Gase ausgetrieben werden.
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Zur Ausführung der Verfahrensschritte der ersten Gruppe findet eine
Hilfsvorrichtung 121 aus Metall oder Keramik, wie Zirkon- oder Aluminiumoxyd Verwendung.
Wie aus F i g. 2 und 3 ersichtlich ist, besteht die Vorrichtung 121 aus einer zylindrischen
Außenwand 122, die am einen Ende durch einen Boden 124 geschlossen ist. Zur Erleichterung
des Wärmeüberganges können Teile der Wand ausgeschnitten sein. Die Wand 122 ist
in der Nähe ihres offenen Endes verhältnismäßig dünn und bildet dadurch eine ringförmige
Schulter 125. Von der Bodenplatte 124 erstrecken sich zwei konzentrische
und verhältnismäßig dünne Zylinder 126, 128 nach oben, die einen gewissen Abstand
voneinander besitzen und zur Aufnahme des zylinderförmigen Gitters 44 und der zylindrischen
Anode 46 im entsprechenden Abstand voneinander, wie in F i g. 2 dargestellt ist,
bestimmt sind. Die Länge des äußeren Zylinders 126 ist geringfügig kleiner als die
der zylindrischen Anode 46, der Innendurchmesser ist so bemessen, daß er die Anode
satt aufnimmt. Die Länge des inneren Zylinders 128 entspricht im wesentlichen der
des äußeren Zylinders 126, der Außendurchmesser dieses Zylinders ist so bemessen,
daß er das Gitter satt -aufnehmen kann. Der innere Zylinder hat außerdem einen Innendurchmesser,
in den das zylindrische Kathodentragröhrchen 42 genau paßt. Im Boden 124
der Vorrichtung befindet sich eine ringförmige Rille 129 anschließend an die Außenfläche
des inneren Zylinders 128, so daß das Gitter 44 weiter nach unten reichen kann als
die Anode 46 und das Kathodentragröhrchen 42, wie aus F i g. 2 ersichtlich
ist. Der Innendurchmesser des Teiles 130 der Wand 122 mit verringerter Wanddicke
ist so bemessen, daß die Scheibe 14 satt aufgenommen wird.
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Bei der Montage der Teile in der beschriebenen Vorrichtung werden
die Anoden 46, das Gitter 44 und das Kathodentragröhrchen 42 teleskopartig in bzw.
auf die Zylinder 126 und 128 der Vorrichtung geschoben. Die Reihenfolge des Einsetzens
ist dabei gleichgültig.
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Anschließend werden die ausladenden Flansche oder Tragteile
48, 50 und 52 in der genannten Reihenfolge auf die drei vorher eingesetzten
Elektrodenelemente aufgebracht, sie bleiben durch Anliegen der Enden der Elektrodenelemente
an die Anschläge 60, 62 und 64 in den Flanschanordnungen in der gewünschten Lage.
Infolge der Größenabstufung der Flansche muß die erwähnte Reihenfolge der Montage
eingehalten werden. Der Flansch 52 muß beispielsweise zuerst auf die Anode 46 aufgesetzt
werden. Es ist einleuchtend, daß die rohrförmigen Teile oder Vertiefungen 54, 56
und 58 in den Flanschen zusammen mit den Anschlägen die Flansche in der richtigen
Lage auf den Elektrodenelementen halten, bis die Teile miteinander durch Verlöten
verbunden werden.
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Wenn die Flansche in der beschriebenen Weise eingesetzt sind, zeigen
die ringförmigen Vertiefungen mit den Metallüberzügen 68, 70 und 72 nach oben. Nun
kann der Brenner 77 in das Kathodentragröhrchen 42 eingesetzt werden, wobei er am
Boden 124 der Vorrichtung anliegt. Der Zeitpunkt des Einsetzens des Brenners 70
ist ziemlich unkritisch, man vermeidet jedoch ein Verhaken des Kathodenröhrchens
mit den Brenneranschlüssen, wenn man das Kathodentragröhrchen zuerst einsetzt.
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Nachdem die Röhrenelemente in der beschriebenen Weise mit den Flanschen
versehen worden sind, wird die Scheibe 14 in das offene Ende der Vorrichtung eingesetzt,
das durch den verhältnismäßig dünnen Wandteil 130 gebildet wird, bis sie an der
ringförmigen Schulter 125 anliegt. Beim Einsetzen der Scheibe 14 in die Vorrichtung
werden die beiden nach oben herausragenden Brenneranschlußdrähte in zwei Öffnungen
im inneren Kreis der Scheibe eingeführt. So können sich beispielsweise die Brenneranschlüsse
teilweise in die Öffnungen 86, 88 erstrecken, die in F i g. 3 dargestellt sind.
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Die letzten Teile, die in die Vorrichtung 121 eingeführt werden, sind
die in F i g.1 dargestellten Einführungs- und Stützdrähte. Zur Erleichterung der
Montage können die nur als Stützen vorgesehenen Drähte vor den Einführungsdrähten
eingesetzt werden. Die Einführungsdrähte können in geeigneter Weise winkelmäßig
und geradlinig beabstandet werden, wobei sich die Sützdrähte zwischen ihnen befinden,
um möglichst geringe Kapazitäten zu gewährleisten. Die in den drei äußeren Kreisen
angeordneten Öffnungen der Scheibe fluchten in Axialrichtung mit den ringförmigen
Vertiefungen der Flansche, die die Metallüberzüge 68, 70 und 72
tragen.
Dementsprechend decken sich auch bei einer beliebigen, winkelmäßigen Orientierung
der Scheibe in bezug auf die erwähnten Flansche, bei Beibehaltung der koaxialen
Lage zwischen diesen Teilen, die auf den Kreisen angeordneten Öffnungen in der Scheibe
mit den ringförmigen Vertiefungen in dem zugehörigen Flansch. Diese Winkelunabhängigkeit
der Scheibe 14 gegenüber den Flanschen 48, 50 und 52 trägt wesentlich zur Vereinfachung
der Montage der Anordnung bei, gleichgültig, ob sie von Hand oder maschinell ausgeführt
wird.
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Beim Einsetzen der Einführungs- und Stützdrähte kommen diese zum Eingriff
in die zugehörigen Flansche 48, 50 und 52, gleichzeitig berühren die Einführungsdrähte
26 und 28 die Brenneranschlüsse 110 und 111. Die Stützdrähte 30, 32 (Fig. 1) liegen
also am Flansch 52, die Stützdrähte 34, 36 am Flansch 50 und die Stützdrähte 38,
40 am Flansch 48 an. Die Drähte 30, 32 sind länger als die Drähte
34, 36 und diese wiederum länger als die Drähte 38, 40 wegen der Abstandsstaffelung
der Flansche 48, 50 und 52 in Axialrichtung. Die Einführungsdrähte 20, 22 und 24
stehen auf den Flanschen 52, 50 bzw. 48 auf. Die Vertiefungen oder Kanäle in der
Nähe des Umfangs der Flansche dienen dazu, die Drähte beim Verlöten zu halten.
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Schließlich können nicht dargestellte Kupferkügelchen in die durch
die Öffnungen 92, 96, 100, 102, 104 und 108 gebildeten Hohlräume eingesetzt
werden, die nicht von Stützdrähten ausgefüllt sind, so daß eine Kupfermasse 113
(F i g. 4) zur Ausfüllung der Hohlräume und zur besseren hermetischen Abdichtung
der Öffnungen gebildet wird. Ferner kann in die leere Öffnung 90 (F i g. 3) ein
Bolzen 131 eingesetzt werden, der aus Kupfer besteht oder damit überzogen sein kann
und dessen Länge etwa gleich der Dicke der Scheibe ist.
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Die gebildete lose Anordnung der Teile zeigt eine Flanschanordnung,
in der die Flansche sowohl transversal oder radial als auch longitudinal zur Vorrichtung
121 abgestuft sind. Dies ist nicht nur zur Erleichterung. der Montage vorteilhaft,
sondern ergibt auch eine Anordnung, bei welcher die Kapazitäten zwischen den Leitungen
verringert werden. Ferner berührt jedes montierte Element das andere über einen
metallischen Überzug, der die Elemente zu einer festen Anordnung verbindet, wenn
die Verfahrensschritte der zweiten Gruppe, die noch beschrieben werden soll, ausgeführt
sind. Die lose Anordnung ist frei von mechanischen Spannungen und ; damit auch von
Verformungen.
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Bei den Verfahrensschritten der zweiten Gruppe wird das Werkzeug 121
und die in ihm gemäß F i g. 2 montierten Teile in einer reduzierenden Atmosphäre,
wie z. B. Wasserstoff, erhitzt. Beim ; ersten Verfahrensschritt werden das Werkzeug
und die Teile in einem Wasserstoffofen auf etwa 1130° C erhitzt. Bei einem Ausführungsbeispiel
wurden die Teile innerhalb der ersten Minute der Erhitzung auf die Ofentemperatur
gebracht. Nachdem sie diese Temperatur angenommen haben, läßt man sie noch einige
Minuten im Ofen. Beim nächsten Verfahrensschritt läßt man die Teile und das Werkzeug
auf etwa 250° C abkühlen. Dieser Abkühlvorgang erfordert etwa 2 Minuten. Die im
Werkzeug 121 montierten Teile sind nun miteinander durch die verschiedenen erwähnten
Metallüberzüge verlötet. Nach der Entnahme aus dem Ofen läßt man das Werkzeug und
die Teile auf Zimmertemperatur abkühlen. Während dieser Verfahrensschritte treten
keine Verformungen auf.
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Die resultierende, verlötete Anordnung wird dann aus dem Werkzeug
121 entfernt und das Kathodenteil 74 wird über das freie Ende des Kathodentragröhrchens
42 im Paßsitz aufgeschoben, wie in F i g. 5 dargestellt ist. Das Kathodenteil 74
nimmt nun einen Teil des Raumes ein, der vorher von dem Zylinder 128 des Werkzeugs
erfüllt gewesen war, dieser Zylinder diente dabei also als vorübergehende Stütze,
die entfernt wurde, als die verlöteten Teile aus dem Werkzeug herausgenommen wurden.
Die Innenfläche des Teiles 74 und die Außenfläche des Kathodentragröhrchens
42 sind genügend rauh, so daß sich eine Anzahl von Berührungspunkten ergibt,
die bei der Behandlung während der Verfahrensschritte der dritten Gruppe zusammensintern
können.
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Bei den Verfahrensschritten der dritten Gruppe wird eine Heiz- und
Evakuiereinrichtung verwendet, wie sie in F i g. 6 dargestellt ist. Diese Einrichtung
besteht aus einem evakuierten Raum, wie einem Rezipienten 140 aus Keramik oder schwer
schmelzbarem Glas, der durch einen hitzebeständigen Dichtungsring 124 in
einem Metallflansch 144 dicht mit einer nicht dargestellten Vakuumquelle
verbunden ist. Innerhalb des Rezipienten 140 befindet sich ein rohrförmiger Metalleinsatz
146, an dessen Enden Wärmeabschirmungen 148 und 150 angebracht
sind. Innerhalb des Einsatzes 146 befindet sich eine Stütze 152 zur Halterung der
aus dem Kolben 12 und der Scheibe 14 bestehenden Röhrenanordnung, welche die in
F i g. 5 dargestellte Anordnung enthält und zwischen den Abschirmungen
148 und 150 liegt. Der Einsatz 146 wird durch eine Hochfrequenzinduktionsspule
154 erhitzt, die durch eine nicht dargestellte Hochfrequenzquelle gespeist wird.
Der Einsatz 146 gibt seinerseits Wärme durch Strahlung an die erwähnte Röhrenanordnung
ab.
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Bei der Durchführung der Verfahrensschritte der dritten Gruppe wird
der Kolben 12 über die Scheibe 14 geschoben, bis die Schulter oder der Anschlag
118 (F i g. 1) des Kolbens an der Scheibe anliegt, ferner wird ein Ring
120 aus Lot auf die Peripherie der Scheibe gelegt, so daß er, wie ans F i
g. 6 ersichtlich ist, am Rand des Kolbens anliegt. Die resultierende Röhrenanordnung
wird dann auf die Stütze 152 gestellt und die Spule 154 zur Erhitzung des Einsatzes
146 auf eine Temperatur in Betrieb genommen, die ausreicht, daß die vom Einsatz
ausgehende Wärmestrahlung die Röhre und ihre Teile auf eine Temperatur von etwa
800° C bringt. Zur Entgasung der Metallteile der Anordnung läßt man diese für einige
Minuten auf dieser Temperatur. Während dieses Erhitzungsvorganges wird durch die
Vakuumpumpe laufend Gas aus dem Rezipienten und dem Inneren der durch den Kolben
12 und die Scheibe 14 gebildeten Röhre abgepumpt. Die Entfernung der Gase aus der
Röhre erfolgt durch den ringförmigen Raum zwischen dem lose montierten Kolben und
dem anfänglich gebildeten Röhrensystem. Die erwähnte Temperatur reicht nicht aus,
um den Lotring 120 zu schmelzen und die Kathode 74 vollständig auf das Röhrchen
42 aufzusintern. Untersuchungen haben ergeben, daß eine Dauer von einigen Minuten
für das Ausgasen und Pumpen zufriedenstellende Röhren ergibt. Längere Zeiten bis
zu 60 Minuten gewährleisten selbstverständlich eine erhöhte
Sicherheit,
daß das Entgasen und Evakuieren so weit wie möglich vervollständigt ist.
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Anschließend wird bei noch evakuiertem Rezipienten 140 die der Spule
154 zugeführte Energie erhöht, so daß die Temperatur der Teile der Röhre auf etwa
950° C ansteigt. Bei dieser Temperatur sintert das Teil 74 weiter an das Tragröhrchen
42 an und der Lotring 120 schmilzt, wobei der Kolben 12 und die Scheibe 14 vakuumdicht
verbunden werden; dabei tritt jedoch kein erneutes Schmelzendes Kupferlotes auf
und die vorher fertiggestellten Lötstellen werden nicht beeinträchtigt. Um eine
Lötung bei dieser niedrigeren Temperatur zu ermöglichen, kann der Lotring
120 aus einer geeigneten Legierung, wie z. B. Nickel-Zinn bestehen, oder
aus einer Legierung, die Nickel und Gold enthält.
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Während des Entgasungsvorganges kann der Brenner 77 unter Strom
gesetzt werden, um die Wärmeeinwirkung durch den Metalleinsatz 146 zu unterstützen
und das Entgasen zu verbessern. Versuche haben jedoch ergeben, daß auch ohne Heizen
des Brenners zufriedenstellende Röhren hergestellt werden können.
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Eine mittels der Verfahrensschritte der drei erwähnten Gruppen hergestellte
Röhre ist in F i g. 7 dargestellt. Kathode 74, Gitter 44 und Anode
46 werden unverrückbar von den Tragteilen oder Flanschen 48, 50 bzw.
52 getragen, die eine beträchtliche Ausdehniuig nach der Seite aufweisen
und jeweils in der Nähe des Umfanges durch ein Dreibein aus Einführungs- und Stützdrähten
gehalten werden, die in der Scheibe 14 ruhen. Hierdurch wird eine Verlagerung der
Elektroden sowohl in winkelmäßiger als auch in senkrechter Richtung wirksam verhindert
und es können außergewöhnlich kleine Abstände zwischen ; Kathode und Gitter erreicht
werden, ohne daß die Gefahr von Kurzschlüssen auftreten würde.
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Die verhältnismäßig einfache Form der Röhrenteile und das einfache
Herstellungsverfahren, wie sie im vorstehenden beschrieben wurden, ermöglicht, die
, Röhre in außergewöhnlich kleinen Abmessungen herzustellen.
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In einem Beispiel betrug der Gesamtdurchmesser der Röhre etwa 9,5
mm und die Gesamtlänge etwa 12,7 mm. In F i g. 7 ist der Kolben 12 länger, als zur
Aufnahme der Elektroden in seinem Inneren notwendig wäre, die überlänge ergibt eine
zusätzliche Fläche für die Abnahme der Verlustwärme. Selbstverständlich können auch
kürzere Röhrenkolben Verwendung finden und die gewünschte Verlustleistung kann durch
zusätzliche, nicht dargestellte Mittel zur Wärmeableitung gewährleistet werden.
Dies ist vor allem dadurch leicht möglich, daß der Kolben 12 mit keiner Elektrode
in Verbindung steht.
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Die verhältnismäßig kleinen Abmessungen, die oben angegeben wurden,
stellen keine untere Grenze dar, bis zu welcher die Miniaturisierung getrieben werden
kann. Selbstverständlich kann das Verfahren gemäß der Erfindung für Röhren beliebiger
Größe, also auch für verhältnismäßig große Leistungsröhren Verwendung finden.
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In ihrer bevorzugten Form gewährleistet die Erfindung daher einen
einfachen Aufbau, der einen verbesserten Wirkungsgrad im Betrieb mit sich bringt,
so daß sich eine erhebliche Verringerung des Leistungsbedarfes ergibt. Weiterhin
ist zum Aufbau nur eine wenig qualifizierte Arbeit erforderlich. Man kann deshalb
mit einem sogenannten progressiven Montageverfahren arbeiten, bei dem die fertige
Röhrenanordnung durch fortlaufendes Einsetzen einzelner Teile hergestellt wird,
wodurch der Ausschuß verringert wird. Solche Herstellungsverfahren sind Verfahren
vorzuziehen, die mit der Fertigung von Untereinheiten arbeiten, da sie sowohl von
Hand als auch maschinell leichter durchgeführt werden können und viel weniger Ausschuß
liefern.