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Verfahren zum Beschichten der Innenwand eines Elektronenröhrenkolbens
mit Kohlenstoff Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten der Innenwand
eines Elektronenröhrenkolbens mit Kohlenstoff.
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Es ist an sich bekannt, bei Elektronenröhren mit Glaskolben Teile
der Kolbeninnenwand mit einem Kohlebelag zu beschichten. Der Kohlebelag hat den
Zweck, das Auftreffen von Elektronen auf die Kolbenwand zu verhindern. Das Auftreffen
von Elektronen auf die Kolbenwand hat unter anderem die nachteilige Wirkung, daß
dadurch Gase aus dem Glas der Wand freigesetzt werden können.
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Bei der Herstellung von sogenannten Miniaturröhren, deren Kolben gewöhnlich
aus einem scheiben-oder knopfförmigen Fuß, einem reagenzglasförmigen Hauptteil mit
einer Kopfwölbung und einem offenen Ende mit Pumpstutzen besteht, geht man in der
Regel so vor, daß man zunächst eine Untereinheit, bestehend aus dem Kolben und dem
in dessen Kopfwölbung eingeschmolzenen Pumpstutzen, anfertigt. Anschließend wird
der Kolbenfuß mit dem darauf befestigten Elektrodensystem in das Kolbeninnere eingeführt
und mit dem offenen Kolbenende verschmolzen. Sodann wird die Röhre durch den Pumpstutzen
evakuiert, der anschließend abgeschmolzen wird.
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Bisher hat man die Kohlebeschichtung derartiger Röhrenkolben in einem
getrennten Arbeitsgang vor dem Anschmelzen des Pumpstutzens vorgenommen. Es ist
jedoch aus fertigungstechnischen Gründen außerordentlich wünschenswert, daß die
Kohlebeschichtung mit der gleichen Maschine durchgeführt wird, die den Pumpstutzen
anbringt. In diesem Falle verringert sich die Anzahl der Bearbeitungsschritte, denen
der Kolben unterzogen werden muß, sowie die Herstellungskosten für den kohlebeschichteten
Kolben. Bisher ist es jedoch nicht möglich gewesen, die Verfahrensschritte der Kohlebeschichtung
und der Anbringung des Pumpstutzens gleichzeitig mit ein und derselben Maschine
verläßlich und in wirtschaftlicher Weise durchzuführen.
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Ein bekanntes Verfahren der Kohlebeschichtung von Röhrenkolben besteht
darin, daß man eine Suspension von Lampenruß in Alkohol in den Kolben einsprüht,
den Alkohol wegtrocknet und die Kohleschicht von denjenigen Teilen des Kolbens wegwischt,
die freibleiben sollen. so daß ein Kohleschichtstreifen rings um einen Teil der
Kolbeninnenseite zurückbleibt. Eine derartige Suspension aus Lampenruß und Alkohol
ist jedoch hochbrennbar und explosiv. Da beim maschinellen Ansetzen des Pumpstutzens
Gasflammen zum Erhitzen und Anschmelzen des Stutzens verwendet werden, wäre es sehr
gefährlich, das Einsprühen der Suspension auf der gleichen Maschine vorzunehmen
wie das Anbringen des Pumpstutzens.
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Ein anderes bekanntes Verfahren der Kohlebeschichtung von Elektronenröhrenkolben
besteht darin, daß eine Lampenrußsuspension oder eine wäßrige Suspension von Graphit
oder eine Paste aus feinstkristallinem und gröberkristallinem kolloidalem Kohlenstoff
und einem Bindemittel mit einem geeigneten Auftrager, Wischer oder Pinsel auf die
Kolbeninnenwand aufgestrichen wird. Dabei wird der aus einem geeigneten absorbierenden
Material bestehende Auftrager in die Suspension oder Paste eingetaucht und anschließend
in den dabei rotierenden Röhrenkolben eingeführt und gegen die Kolbenwand gedrückt.
Es wurden zwar Versuche unternommen, dieses Beschichtungsverfahren mit einer Stutzenansetzmaschine
vorzunehmen. Dabei tritt jedoch die Schwierigkeit auf, daß die Kolben sofort bei
der Aufgabe auf die Maschine erhitzt werden, da die die Kolben aufnehmenden .und
halternden Einspannvorrichtungen infolge der wiederholten Durchgänge durch die das
Anschmelzen der Stutzen bewirkenden Flammen ziemlich heiß sind. Es hat sich gezeigt,
daß der Auftrager bei wiederholter Berührung mit den heißen Kolben austrocknet und
daher häufig ersetzt werden muß. Außerdem hat die Austrocknung des Auftragers und
sein dadurch verändertes Absorptionsvermögen
zur Folge, daß die
Dicke des aufgetragenen Kohlebelags sich ändert. Schließlich bleiben, wenn der Auftrager
austrocknet und seine Weichheit und Geschmeidigkeit verliert, unbeschichtete Stellen
auf der Kolbenwand zurück, da der Auftrager in diesem Zustand sich an die Kolbeninnenseite
nicht mehr einwandfrei anschmiegt.
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Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, ein Kohlebeschichtungsverfahren
für die Innenwand von Elektronenröhrenkolben zu schaffen, das auch bei Anwesenheit
von Gasbrennern sowie bei heißen Kolben, und zwar vorzugsweise mit der gleichen
Vorrichtung, die das Ansetzen der Pumpstutzen vornimmt, durchführbar ist.
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Um diese Aufgabe zu lösen, ist erfindungsgemäß ein Verfahren der eingangs
genannten Art vorgesehen, das sich dadurch kennzeichnet, daß der Belag während der
Herstellung der Röhre auf einer Maschine durch Verbrennen eines sauerstoffarmen,
kohlenstoffhaltigen Brennstoffs innerhalb des Kolbens aufgebracht wird und daß anschließend
Teile dieses Belags, die bei der weiteren Herstellung der Elektronenröhre hinderlich
sind, mit einer mit Sauerstoff überbeladenen Flamme von der Wandung weggebrannt
werden. Vorzugsweise werden die beiden Verbrennungsvorgänge auf der gleichen Maschine
vorgenommen, die für das Anschmelzen des Pumpstutzens an den Röhrenkolben verwendet
wird.
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Weitere bevorzugte Merkmale des Verfahrens bestehen darin, daß das
Wegbrennen eines Teils des Belags mindestens teilweise durch das zum Anschmelzen
des Pumpstutzens vorgenommene Erhitzen des Kolbens erfolgt, und daß der untere Teil
der Kolbeninnenwand durch Abwischen von dem aufgebrachten Kohlebelag gesäubert wird.
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Zweckmäßigerweise wird zum Aufbringen des Kohlebelags der Kolben aufrecht
stehend mit dem Kopfende oben angeordnet, wobei dann in dieser Lage das Abwischen
des Belags vom unteren Kolbenwandteil durch Drehen des Kolbens um seine Längsachse
unter Anpressen eines Wischers erfolgt. Die oxydierende Flamme wird zweckmäßigerweise
gegen die Innenwand des Kopfendes gerichtet, um dort den Belag wegzubrennen und
einen kleinen Bereich vorzuerhitzen, durch den anschließend nach dem Abwischen des
unteren Kolbeninnenwandteils ein Loch gebrannt und der Stutzen von außen angeschmolzen
wird. Vorzugsweise erhitzt man das offene Ende des beschichteten Kolbens mittels
einer oxydierenden Flamme, um es vor dem Abwischen vom Kohlebelag zu säubern.
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Alle diese Schritte können nacheinander an verschiedenen Stationen
der gleichen Maschine mit Hilfe geeigneter Vorrichtungen durchgeführt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat die Vorteile, daß der Kolben normal
erhitzt werden kann, daß das Aufbringen des Kohlebelags durch den heißen Kolben
nicht beeinträchtigt wird, und daß durch Regulieren der Sauerstoffzufuhr zum kohleerzeugenden
Brenner die Dicke der Beläge von Kolben zu Kolben gleichmäßig gemacht oder nach
Wunsch auch verändert werden kann. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 eine perspektivische
Ansicht einer Elektronenröhre vor dem Evakuieren und Abschmelzen und die F i g.
2 bis 6 teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansichten eines gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung bearbeiteten Kolbens in verschiedenen Bearbeitungsstationen
einer Stutzenansetzmaschine.
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In F i g. 1 sieht man einen Röhrenkolben mit einem zylindrischen Kolbenteil
12, einem Pumpstutzen 14
und einem Röhrenfuß 16. Am Fuß 16, der die
Form einer Scheibe oder eines Knopfes hat, ist ein Elektrodensystem in Form eines
Käfigs 18 beispielsweise durch Anschweißen von Anschlußstäben, die von der
Käfiganordnung nach den inneren Enden der Zuleitungen 20 des Röhrenfußes
verlaufen, befestigt. Die Kolbeninnenwand ist rundum mit einem Kohleband oder -streifen
22 beschichtet. Der Röhrenfuß 16 mit dem Elektrodenkäfig 18 ist in den Kolben 12
eingeschoben und so eingeordnet, daß das offene Ende 24 des Kolbens 12 etwas über
den Fuß 16 vorsteht und das Kohleschichtband 22 die Käfiganordnung
18
umschließt. Am oberen Ende der Käfiganordnung 18 ist ein in die Kopfwölbung
30 des Kolbens hineinragendes Getter 28 befestigt.
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Die Fertigstellung der zusammengebauten Elektronenröhre erfolgt in
der Weise, daß man das offene Ende oder den Rand 24 des Kolbens
12 mit dem Rand des Fußes 16 verschmilzt, die Röhre durch den Pumpstutzen
14 evakuiert und den Stutzen 14 ungefähr an der mit »A« bezeichneten
Stelle abschmilzt. Anschließend wird das Getter 28 erwärmt, um ein metallisches
Gettermaterial, gewöhnlich Barium, auf der Innenfläche der Kopfwölbung
30 niederzuschlagen. Wichtig ist, daß die Kolbeninnenfläche im Bereich der
Wölbung 30 und des offenen Endes 24 nicht mit Kohle bedeckt ist. Dies
darf deshalb nicht der Fall sein, weil das Gettermaterial, wenn es mit Kohlenstoff
reagiert, seine Gettereigenschaften, d. h. die Eigenschaft Gase zu absorbieren,
verliert und außerdem von der Glaswand abflockt. Die Kohle stört außerdem das Verschmelzen
von Glas mit Glas und kann, wenn sie an der Kolbenbasis vorhanden ist, die einwandfreie,
hermetisch abdichtende Verschmelzung des Fußes 16 mit dem offenen Ende
24 des Kolbens 12 verhindern. Am oberen Röhrenende vorhandene Kohle
kann die einwandfreie Verschmelzung des Pumpstutzens 14 mit der Kopfwölbung
30 während des Stutzenansetzvorgangs verhindern.
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Um das erfindungsgemäße Verfahren zu veranschaulichen, sind nur bestimmte
Stationen der Stutzenansetzmaschine gezeigt. Darüber hinaus soll jedoch nachstehend
eine kurze Beschreibung einer üblichen Stutzenansetzmaschine gegeben werden.
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Eine derartige Maschine besteht aus einem drehbaren Revolverkopf mit
mehreren um seinen Umfang verteilten Kolbeneinspannfuttern. Jedes dieser Futter
hat einen Satz von Einspannbacken, die sich um den entweder von Hand oder automatisch
in das Futter eingesetzten zylindrischen Röhrenkolben schließen. Die Futter mit
den eingespannten Kolben werden schrittweise um die Kolbenachse gedreht. Um den
Umfang des Revolverkopfes sind die verschiedenen Bearbeitungsstationen auf festen
Haltern angeordnet. Die Kolben können zwecks Vornahme der verschiedenen Arbeitsgänge
nacheinander auf die verschiedenen Stationen geschaltet werden.
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F i g. 2 zeigt eine mit A bezeichnete Station der Stutzenansetzmaschine.
Ehe der Kolben in der Station A erscheint, wird sein unteres Ende weggeschnitten.
Der Kolben 12 wird durch die Einspannbacken 34 in Vertikallage gehalten.
Ein Gasbrenner 36 ist auf einem Halter 38 so angeordnet und befestigt, daß
er, wenn der Kolben 12 in eine Stellung unmittelbar
über
dem Brenner gebracht wird, bis dicht zum unteren Kolbenende reicht. Über einen Schlauch
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wird der Brenner mit einem Gemisch aus kohlenstoffreichem Brenngas, vorzugsweise
Azetylen, .und Luft beschickt. Durch entsprechende Einstellung des Gasmischers (nicht
gezeigt) kann man die Menge der dem Azetylen beigemischten Luft verändern, um den
Vollständigkeitsgrad der Verbrennung des Azetylens zu regulieren. Die Menge an zugeführter
Luft reicht nicht aus, um das Azetylen vollständig zu verbrennen, so daß unverbrannter
Kohlenstoff aus der Brennerflamme 42 sich auf der Innenwand des Kolbens 12 niederschlägt.
Das heißt, die Gasflamme enthält nicht so viel Sauerstoff, wie nötig ist, um eine
vollständige Oxydation des Gases zu bewirken.
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Der Kohlenstoff schlägt sich auf der gesamten Innenfläche des Kolbens
12 im wesentlichen gleichmäßig nieder. die Dicke des Belags 23 hängt vom
Vollständigkeitsgrad der Verbrennung des Gases sowie davon, wie lange der Kolben
über dem Brenner 36 gehalten wird, ab. Man kann auch die Größe der auf dem
Kolben niedergeschlagenen Kohleteilchen beeinflussen. Je vollständiger die Verbrennung
ist, desto kleiner wird die Teilchengröße. Um die optimale Schichtdicke und Teilchengröße
zu ermitteln, kann man einen Probeversuch mit Fehlertest vornehmen.
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Anschließend wird der kohlebeschichtete Kolben auf die in F i g. 3
gezeigte Station B geschaltet. In der Station B wird ein Brenner 44 mit einer
weichen und oxydierenden Flamme dazu verwendet, das geschnittene Ende
24 des Kolbens 12 zu glasieren und zu Hammpolieren. Die Flamme ist
mit Sauerstoff überbeladen, d. h. sie führt mehr Sauerstoff, als für die vollständige
Oxydation des Gases erforderlich ist. Außerdem dient die Flamme des Brenners
44 dazu, einen Teil des Kohlebelags vom unteren Ende der Kolbeninnenfläche
wegzubrennen, der beim anschließenden Anschmelzen des Röhrenfußes 16 an den
Kolben stören würde.
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Um sicherzustellen, daß sämtliche Kohle vom unteren Ende des Kolbens
entfernt wird, wird der Kolben als nächstes auf die in F i g. 4 gezeigte Station
C geschaltet. An dieser Station befindet sich eine Wischeranordnung 50 mit
einem Arm 52, auf dem ein geeignetes Wischmaterial 53, wie z. B. Silikonkautschuk
befestigt ist. Der Arm 52 ist verschiebbar im Halter 54 gelagert und kann
zwischen den einzelnen Schaltungen des Revolverkopfes der Maschine angehoben und
abgesenkt werden. Silikonkautschuk ist ein temperaturbeständiges, poröses, adsorbierendes,
gummiartiges Material. Übergroße Wischer aus diesem Material können verwendet werden,
um eine gute Abwischberührung mit der Kolbeninnenwandung zu gewährleisten. An dieser
Station werden die Kolben beim Anheben der Wischeranordnung gedreht, so daß ein
etwa nach dem Glasiervorgang in F i g. 3 am unteren inneren Ende des Kolbens zurückbleibender
Kohleniederschlag sauber abgewischt wird.
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Der saubergewischte Kolben wird sodann auf die in F i g. 5 gezeigte
Station D geschaltet. An dieser Station werden der Kohleniederschlag in der Kopfwölbung
30 des Kolbens weggebrannt und die Kopfwölbung für das Durchbrennen eines
Lochs vorerhitzt. Hierfür ist ein Brenner 60 vorgesehen, der verschiebbar
im Halter 62 gelagert ist und durch geeignete Vorrichtungen (nicht gezeigt)
zwischen den einzelnen Schaltungen des Revolverkopfes angehoben und abgesenkt werden
kann. Außerdem ist eine Vorrichtung vorgesehen, die den Pumpstutzen 14 in
unmittelbare Nähe des Kopfes 30 des Kolbens 12 bringt, ohne daß jedoch
der Stutzen den Kolbenkopf berührt, wobei das untere Ende 64 des Stutzens
14 vor dem Anschmelzen an die Kopfwölbung 30 durch Vorerhitzungsflammen
(nicht gezeigt) erweicht wird.
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Der Brenner 60 wird über den Schlauch 66 mit einem Wasserstoff-Luft-Gemisch
beschickt. Dem Gemisch wird genügend Luft beigegeben, und der Brenner
60 ist in bekannter Weise so ausgebildet, daß er eine senkrechte, nadelartige
Oxydationsflamme 68 erzeugt. Wie man sieht, ist diese Flamme 68 auf
einen kleinen Flächenbereich der Kopfwölbung gerichtet, um diesen Bereich vorzuerhitzen.
Außerdem dient die Flamme 68 des Brenners 60 dazu, den Kohleniederschlag
von der Innenseite der Kopfwölbung 30
wegzubrennen. Obgleich die Nadelflamme
auf einen kleinen Flächenbereich der Kopfwölbung konzentriert ist, wird sie durch
die Wölbung etwas abgelenkt, so daß auch die umliegenden Bereiche der Wölbung ausreichend
erhitzt werden, um die dort befindlichen Kohleniederschläge wegzubrennen.
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In manchen Fällen kann es wünschenswert sein, einen größeren Flächenbereich
der Kopfwölbung zu säubern, als durch die Nadelflamme 68 selbst erfaßt wird.
In diesem Falle kann der Brenner 60 zusätzlich eine Öffnung haben, die eine
in einem Winkel von 45° zur Flamme 68 gerichtete Flamme 70 erzeugt.
Obwohl auch hier das gleiche Gasgemisch wie in der Flamme 68 verbrannt wird, ist
die Brenneröffnung für die Flamme 70 so bemessen, daß im Gegensatz zur nadelartigen
Flamme 68 eine verhältnismäßig »weiche« und verteilte oder ausgebreitete
Flamme erzeugt wird. Der Kolben 12 wird in der Station D gedreht, so daß
die Flamme 70 die Kohle vom gesamten oberen Ende des Kolbens wegbrennt.
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Die Flammen 68 und 70 brennen stetig, so daß beim Anheben und Absenken
des Brenners 60 im Kolben 12 die Flamme 70 eine spiralförmige
Spur in die Kohleschicht an der Kolbenseitenwand einbrennen könnte. Indem man jedoch
den Brenner 60 genügend rasch anhebt und absenkt, erreicht man, daß dieses
unbeabsichtigte Einbrennen nur in so geringem Ausmaß geschieht, daß es praktisch
keine Bedeutung hat. Der Brenner 60 wird solange innerhalb des Kolbens
12 gehalten, daß der Kohlebelag vom oberen Kolbenende vollständig weggebrannt
werden kann.
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Anschließend wird der vorerhitzte Kolben auf die in F i g. 6 gezeigte
Station E, die ähnlich beschaffen sein kann wie die Station D, geschaltet. Da die
Kohle vom oberen Ende des Kolbens bereits weggebrannt ist, liefert der Brenner
74 in der Station E lediglich eine einzige Nadelflamme. Die Flamme des Brenners
74 sticht oder brennt ein Loch durch das vorerhitzte obere Ende der Kopfwölbung
30. Der Stutzen 14
wird nach unten auf die Kopfwölbung 30 aufgesetzt,
und ein Luftstrahl wird nach unten durch den Stutzen 14 geblasen, um das
Loch während des Anschmelzens des Stutzens an den Kolben offenzuhalten. Der Kohlebelag
ist in der vorausgegangenen Station vollständig vom Kopfende des Kolbens entfernt
worden und stört daher beim Anschmelzen des Stutzens nicht.
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Die übrigen Verfahrensschritte zur Fertigstellung der Röhre können
die gleichen sein, wie sie nach dem Anschmelzen des Pumpstutzens an das Kopfende
des Kolbens üblicherweise vorgenommen werden. Beispielsweise wird nunmehr die Elektrodenkäfiganordnung
18 auf dem Röhrenfuß 16 in den Kolben 12
eingeschoben.
Anschließend wird das Kolbenende 24 mit dem Röhrenfuß 16 verschmolzen, die Röhre
durch den Pumpstutzen 14 evakuiert, der Pumpstutzen abgeschmolzen und das Getter
erwärmt.