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Verfahren zur Herstellung einer Schirmgitterröhre mit zylinderförmigen
koaxialen Elektroden Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer
Schirmgitterröhre, insbesondere einer Leistungstetrode, mit zylinderförmigen koaxialen
Elektroden und Gitterflächen aus rohrförmigen Maschengittern mit derart gestalteten
und angeordneten Maschenöffnungen, daß sich die Gitterelemente vom Steuer- und Schirmgitter
decken, wobei diese Elektroden Stromzuführungen besitzen, die sich an die Gitterflächen
entweder in rohrförmiger oderscheibenförmiger Ausbildung anschließen.
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Röhren der beschriebenen Art sind z. B. als Senderöhren bekannt, bei
denen die rohrförmigen Maschengitter aus zwei Lagen paralleler Drähte aus z. B.
Tantal, Molybdän od. dgl. derart bestehen, daß die Drähte verschiedener Lagen sich
jeweils kreuzen und an ihren Kreuzungspunkten verschweißt oder verlötet sind. Besonders
bewährt haben sich Maschengitter, bei denen jede Drahtlage aus einer Vielzahl von
parallel unter 45° zur Längsachse verlaufenden Drähten derart bestehen, daß die
Drähte verschiedener Lagen gegenläufig gewickelt sind. Damit wird in der Hauptsache
bezweckt, daß jedes Gitterelement, d. h. jedes frei tragende Drahtteil, eine mechanische
Biegevorspannung solcher Art hat, daß bei thermischer Belastung im Betrieb ein eventuelles
Ausbiegen oder Auswölben immer nur in einer Richtung nach außen erfolgen kann. Dadurch
werden im Betrieb eintretende Schlüsse sowohl zwischen Steuergitter und Kathode
als auch zwischen Steuer- und Schirmgitter weitgehend vermieden. Benutzt werden
solche Maschengitterelektroden durchwegs mit ähnlich aufgebauten sogenannten Maschenkathoden,
weil die Maschenöffnungen eine gewisse Größe nicht unterschreiten können und deshalb
bei einer geschlossenen Flächenkathode bereits eine gewisse störende Inselbildung
eintreten würde. Obwohl die beschriebenen Maschengitter eine gute Stabilität haben,
besitzen sie doch für manche Zwecke gewisse Nachteile. Dadurch, daß die beiden Drahtlagen
übereinander angeordnet sind, liegen die Steuerelemente nicht in einer gemeinsamen
Fläche, sondern sozusagen in zwei räumlich distanzierten Flächen, wodurch sich einmal
ein wesentlicher Nachteil hinsichtlich der Ausbildung der für den Steuervorgang
maßgeblichen Potentialflächen und zum anderen hinsichtlich der Einhaltung kleinster
Elektrodenabstände ergibt. Hinzu kommt, daß durch das Verschweißen bzw. Verlöten
der Drähte an den Kreuzungspunkten unkontrollierbare Spannungen entstehen können,
die im Betrieb, z. B. durch thermische Belastung ausgelöst, zu Störungen führen
können.
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Es ist deshalb ein Verfahren bekanntgeworden, bei dem die Gitterelemente
eines Maschengitters durch elektrolytische Abscheidung von z. B. Nickel auf einer
entsprechend präparierten (perforierten) Matrize erfolgt. Die wesentlichen Nachteile
derart hergestellter Maschengitter bestehen vor allem darin, daß für sie keine hochschmelzenden
Metalle hoher Festigkeit, wie Tantal, Molybdän od. dgl. verwendet werden können
und daß außerdem die Festigkeit elektrolytisch abgeschiedener Gitterelemente erheblich
niedriger ist als von nach üblichen oder besonderen technologischen Verfahren hergestellten
Drähten oder Bändern. Hinzu kommt, daß die Exaktheit der Gitterelemente, insbesondere
der Ränder der Maschenöffnungen, ohne mechanische und dadurch kostspielige Nacharbeiten
nicht besonders gut ist. Mit Rücksicht auf die erforderliche Stabilität können nach
diesem Verfahren nur Gitter mit kleinen Maschenöffnungen hergestellt werden. Bei
kleinen Maschenöffnungen nimmt jedoch das Bedeckungsverhältnis ein untragbares Maß
an, und es kann außerdem nicht mehr die erforderliche geometrische Exaktheit erreicht
werden.
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Bei einem anderen bekannten Herstellungsverfahren werden diese Schwierigkeiten
nur zum Teil dadurch vermieden, daß bei Maschengittern zunächst von Blechzylindern
ausgegangen wird, in die nachträglich durch Erosion mittels "Ultravibration oder
elektrischer Funken die betreffenden Maschenöffnungen eingebracht werden. Um eine
zuverlässige Deckung der Gitterelemente hintereinander angeordneter Gitterelektroden
zu erreichen, werden die betreffenden Blechmäntel zunächst in ihre endgültige räumliche
Systemanordnung gebracht, d. h. mit den übrigen Teilen, wie die zugehörigen Stromzuführungen
und
die meist keramischen, einen Teil der Vakuumgefäßwand bildenden Distanzringe vakuumdicht
verbunden und dann in einer Vorrichtung dem eigentlichen Erosionsvorgang gemeinsam
unterworfen. Ein flüssiges Medium aus z. B. Öl im Falle der Funkenerosion oder aus
einem suspendierten Erosionsmittel im Falle der Ultravibration umspült beim Erosionsvorgang
selber sowohl Werkzeug als auch Werkstück, indem es als Kopplungsmedium dient. Der
Vorschub des betreffenden Erosionswerkzeugs erfolgt entweder in Systemachsrichtung
zum gleichzeitigen Herstellen durchgehender Längsschlitze oder aber in radialer
Richtung zum Herstellen einzelner nicht durchgehender Schlitze. Ein sehr wesentlicher
Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht darin, daß es für hochschmelzende Metalle
hoher Festigkeit nur unter großen Schwierigkeiten anwendbar ist und außerdem lange
Bearbeitungszeiten erfordert und daß außerdem dabei die System- und Wandungsteile,
insbesondere aus Keramik, mit Flüssigkeiten benetzt werden, die sich nur sehr schwer
von diesen restlos entfernen lassen und deren eventuelle Rückstände im Entladungsgefäß
im Betrieb zu Störungen führen können. Hinzu kommt, daß das betreffende Werkzeug
selber beim Herstellungsvorgang einen erheblichen Abrieb erfährt, so daß eine stetige
Konturänderung der Maschenöffnungen eintritt, die nicht zu vernachlässigen ist,
so daß das Werkzeug häufig erneuert werden muß. Außerdem sind die dafür erforderlichen
Werkzeuge technisch recht kompliziert und in ihrer Herstellung kostspielig. Die
Ränder der so hergestellten Maschenöffnungen sind durchweg wenig exakt, sozusagen
angefressen.
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Bei einem älteren ähnlichen Verfahren zur Herstellung von Dipolgittern
werden die betreffenden beiden Hohlzylinder durch eine dünne isolierende Zwischenschicht
aufeinandergefügt und dann die Gitteröffnungen gemeinsam gebohrt und gegebenenfalls
noch nachgeätzt. Da dieses Verfahren auf kreisförmige Gitteröffnungen beschränkt
ist, liefert es nur Dipolgitter; deren Gitterstegbreite infolge der kreisförmigen
Öffnungen nicht konstant ist.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren
für eine Schirmgitterröhre mit rohrförmigen Maschengittern zu schaffen, bei dem
die Gitterelektroden eine sehr genaue Gitterstruktur (Teilung) mit geometrisch sehr
exakten Maschenöffnungen erhalten und deren Gitterelemente ohne besondere Justierarbeit
exakt ih Deckung gebracht werden können. Dabei sollen die die Maschenöffnungen bildenden
Gitterelemente gleiche oder geringere Querschnitte als von entsprechenden dünndrähtigen
Gittern haben, so daß ihre jeweilige der Emissionsquelle zugewandte Breite (wirksame
Fläche) noch geringer als von entsprechenden Drahtgittern ist. Außerdem soll ihre
Stabilität bei Verwendung von hochschmelzenden Metallblechen aus z. B. Tantal, Molybdän
od. dgl. noch höher und die wirksame Fläche vor allem homogener als von Drahtgittern
sein.
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Erreicht wird dies bei einem im ersten Absatz beschriebenen Verfahren
zur Herstellung einer Schirmgitterröhre, insbesondere Leistungstetrode mit zylinderförmigen
koaxialen Elektroden und Gitterflächen aus rohrförmigen Maschengittern nach der
Erfindung dadurch, daß beide Maschengitter jeweils nach einem üblichen Zieh- und
Druckverfahren zu massiven nahtlosen Folienzylindern aus hochschmelzendem Metall,
wie Molybdän, Tantal od. dgl., mit verstärkten profilierten Rändern geformt und
gegebenenfalls anschließend noch mechanisch bearbeitet werden und daß dann in die
geformten Folienzylinder durch Stanzen für Steuer- und Schirmgitter in gleicher
Anzahl und Teilung Maschenöffnungen der-, art viereckiger Form eingebracht werden,
daß deren sonst gleiche Abmessungen nur in Umfangsrichtung vom Schirmgitter entsprechend
dem Verhältnis der zugehörigen Gitterzylinder-Durchmesser größer als vom Steuergitter,
dagegen Breite und Dicke der Stege zwischen jeweils benachbarten Maschenöffnungen
einander gleich, etwa 50 [, stark, sind und daß dann in oder an die maschenfreien
Teile der Gitter, z. B. an die der Befestigung dienenden Ränder, jeweils zu der
Maschenstruktur in definierter Lage Aussparungen, Löcher, Nasen, Warzen od. dgl.
als Markierung (Bezugspunkt) angeordnet werden, die entweder zur Befestigung oder
zur Arretierung bei der Montage der einzelnen Gitter derart verwendet werden, daß
sich die Gitterstruktur (Maschenteilung) von Steuer- und Schirmgitter nach Beendigung
des Systemaufbaus ohne besondere Justierung deckt.
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Es ist an sich seit langem bekannt, Gitter für elektrische Entladungsgefäße
durch Stanzen aus Blech herzustellen. Soweit es sich jedoch um Gitter - mit nichtebenen
Gitterflächen handelt, werden dabei die in der Ebene gestanzten Bleche zu den gewünschten
Profilgittern, z. B. zu rohrförmigen Gittern, geformt. Da derartige Gitter mit mindestens
einer Naht versehen werden müssen, müssen solche rohrförmigen Gitter in Längsrichtung
relativ erhebliche von Maschenöffnungen freie Teile aufweisen, so daß ein zylindersymmetrisches
Entladungssystem nicht möglich ist. Ein ordnungsgemäßes Indeckungbringen der Gitterelemente
bei einem derart hergestellten Schirmgittersystem ist technisch unmöglich. Hinzu
kommt, daß die Exaktheit der Maschenöffnungen bei der Formarbeit leidet und daß
außerdem Längsnähte durch ihr abweichendes Wärmeausdehnungsverhalten gegenüber dem
übrigen Teil im Betrieb zum Verziehen der betreffenden Gitterelektroden führen.
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Weiterhin ist ein Justierverfahren bekannt, bei dem die jeweilige
aus Paralleldrähten bestehende Gitterelektrode auf einem Träger angeordnet ist,
dessen mit einem markierten Bezugspunkt versehener Teil sich durch die Röhrenhülle
derart hindurcherstreckt, daß beim Zusammenbau nur noch die genaue Lage der jeweiligen
Bezugspunkte zueinander eingestellt werden muß. Dieses Verfahren hat den Nachteil,
daß die Markierung nicht am Gitter selber, sondern an dessen Träger angebracht wird
und ihre relative Lage beim. Zusammenbau von außen noch eingestellt werden muß.
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Nähere Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand der Figuren, die
rein schematisch gehalten sind, erläutert werden. In den Figuren sind Teile, die
nicht unbedingt zum Verständnis der Erfindung beitragen, entweder fortgelassen oder
unbezeichnet geblieben. In F i g. 1 ist teils im Querschnitt der Gesamtaufbau einer
in Keramik nach dem beschriebenen Herstellungsverfahren ausgeführten Schirmgitterröhre,
in F i g. 2 bis 5 die Maschenöffnungen im Teilausschnitt von den verschiedenartigen
Ausführungsformen der Gitterelektroden dargestellt.
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In dem in F i g. 1 im Querschnitt dargestellten Systemaufbau eines
Ausführungsbeispieles in Keramikausführung nach der Erfindung sind mit 1 die
topfförmige
Anode, mit 2 die zylindrische Kathode, mit 3 und 4 jeweils das rohrförmige Steuer-
bzw. Schirmgitter als die vier das Elektrodensystem ausmachenden Elektroden bezeichnet.
Jede dieser Elektroden ist zur äußerlichen Kontaktierung sowie zur Halterung im
Systemaufbau an einer etwa scheibenförmigen Zuführung befestigt. Zwischen zwei benachbarten
Zuführungsscheiben ist jeweils ein keramischer Distanzring eingefügt, der mit den
benachbarten Durchführungsscheiben durch Hartlötung nach entsprechender Metallisierung
nach einem der gebräuchlichen Verfahren vakuumdicht verbunden ist und somit ein
Teil der Entladungswandung bildet.
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Die Gitterelektroden bestehen aus nach einem Zieh- oder Druckverfahren
hergestellten topfförmigen Blechzylindern, in die im geformten Zustand nachträglich
durch Stanzen die Maschenöffnungen eingebracht worden sind und die so angeordnet
sind, daß sich die Gitterelemente von Steuer- und Schirmgitter exakt decken, ohne
daß die bisher beim Zusammenbau mit Drahtgittern sonst übliche umfangreiche und
schwierige Justierarbeit erforderlich ist. Dies setzt allerdings voraus, daß die
einzelnen Gittereinheiten sowohl hinsichtlich ihrer Gitterstruktur, d. h. hinsichtlich
ihrer Maschenform und -teilung, als auch hinsichtlich ihrer sonstigen geometrischen
Abmessungen sehr präzise gearbeitet sind, so daß bei der Montage praktisch lediglich
nur noch ein Zusammenstecken der Teile mit anschließendem Verbinden durch einen
Lötvorgang, insbesondere durch eine Kurzzeitlötung, erforderlich ist. Entsprechend
dieser Forderung wird in besonders vorteilhafter Weise der sogenannte Gitterrohling
in Form eines gezogenen topfförmigen Blechzylinders zunächst mit der betreffenden
Durchführungsscheibe und weiteren benachbarten Systemteilen zu einem Montageteil
vereinigt und hinterher erst nach entsprechender mechanischer Bearbeitung die entsprechende
Gitterstruktur eingebracht. So werden z. B. der gezogene topfartige Folienzylinder
des Schirmgitters 4 mit seinem kegelförmigen Rand 41, die aus dem ebenen Teil 42
und dem zylindrischen Rand 43 bestehende zugehörige Durchführungsscheibe, der keramische
Distanzring 44 und der an dessen abgewandter Seite der bereits zur Scheibendurchführung
des Steuergitters 3 gehörige Teilring (Winkelring 35) in einem Arbeitsgang befestigt.
Dann werden die die inneren und äußeren Gitterflächen bildenden Teile des Blechzylinders
sowie die übrigen Sitz- und Paßflächen des Montageteiles maßgerecht spanabhebend
bearbeitet. In gleicher Weise werden das Steuergitter 3 und etwa sinngemäß die Kathode
2 vorbereitet und jeweils zu einem Montagezusammensteckteil ergänzt. In die entsprechende,
zu einem Montageteil ergänzte Anode 1, an der nämlich die zugehörige Durchführungsscheibe
12, 13, der Keramikdistanzring 14 und der zur Schirmgitterdurchführungsscheibe
gehörige Winkelring 45 befestigt sind, können dann nacheinander die weiteren entsprechenden
Montagezusammensteckteile von Schirmgitter, Steuergitter und der Kathode mit ihren
zylindrischen Paßflächen eingesetzt werden. Das endgültige Befestigen bzw. Verbinden
miteinander zu einer Einheit, d. h. zum fertigen Entladungsgefäß, erfolgt dann,
nachdem vorher die beiden Gitterelektroden in Deckung gebracht worden sind, durch
Verlöten, insbesondere durch Kurzzeitlötung, an den einzelnen Löträndern 47, 37
und 27. Das Indeckungbringen der Gitterelektrode erfolgt besonders vorteilhaft durch
die zu diesem Zweck an den Gitterelektroden angebrachten Aussparungen, Löcher, Nasen,
Warzen od. dgl., im Darstellungsfall durch mindestens zwei zugehörige Löcher 36
und 46 in Verbindung mit den konzentrischen stirnseitigen öffnungen im Gitter 3
und 4 oder durch jeweils mindestens drei Löcher, durch die z. B. ein passender Stift
zumindest bis zum gegenseitigen Anheften der beiden Gitterelektrodeneinheiten gesteckt
wird. Dadurch wird automatisch eine Deckung der Gitter-Strukturen der beiden Gitter
erreicht, weil die Löcher jeweils eine definierte Lage zur Gitterstruktur besitzen.
In besonders vorteilhafter Weise wird dies dadurch erreicht, daß z. B. die betreffenden
Löcher erst beim Stanzvorgang der Maschen selber, insbesondere durch Stanzen, eingebracht
werden. Selbstverständlich können diese auch schon vorher angebracht worden sein,
d. h. unmittelbar nach dem betreffenden Ziehbearbeitungsvorgang für den Blechzylinder,
so daß sie dann als Markierung für den Stanzvorgang dienen und damit eine exakte
Zuordnung von Markierung und Gitterstruktur schaffen.
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Unabhängig davon, ob die Markierungen vor oder während des Stanzvorganges
angebracht worden sind, wird der Folienzylinder, z. B. für das Schirmgitter 4, mit
seinem zylindrischen Rand oder statt dessen im Fall des entsprechenden Zusammensteckteiles
41, 42, 43, 44, 45 und 35 mit seinem bearbeiteten Zylinder 35 oder 45 in einem Ringfutter
einer Teilkopfvorrichtung derart aufgenommen, daß sich im Inneren des Folienzylinders
ein Hohldorn befindet, der an seinem Umfang eine der jeweiligen Maschenöffnung entsprechende
Matrize aufweist. Der Matrize gegenüber ist außen ein eingepaßter Schneidstempel
beweglich angeordnet. Durch eine geeignete Einrichtung z. B. nach Art eines Teilkopfes
ist der Folienzylinder sowohl in Achs- als auch in Umfangsrichtung über der Matrize
verschiebbar. Das Einbringen der Löcher 48, 38 erfolgt jeweils auf einem Umfangskreis
durch Stanzen von Loch neben Loch und anschließend in gleicher Weise auf dem unmittelbar
benachbarten Umfangskreis gegebenenfalls bei Versatz jeweils um eine halbe Teilung.
Der Vorschub erfolgt so genau, daß die geringe Stegbreite 39, 49, 40, 50 von etwa
50 bis 150 #t stets in gleicher Weise exakt ausfällt. Im Bedarfsfall kann man auch
in Achsrichtung hintereinander anzuordnende Löcher jeweils unmittelbar nacheinander
stanzen und gegebenenfalls mehrere in Achsrichtung hintereinander angeordnete Matrizen
und Schneidstempel verwenden. Der erforderliche Teilungs- oder Vorschubvorgang läßt
sich mit bekannten Mitteln entsprechend mechanisieren.
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In der beschriebenen Weise gestanzte Gitter haben eine sehr exakte
Gitterstruktur und zeigen an den Maschenöffnungen keinerlei Grat. Ihre Standfestigkeit
ist wesentlich größer als die von entsprechendem Draht gewickelten Gitter.
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In Anlehnung an die bisher bei Senderöhren üblichen Maschengitter
wählt man für die Maschenöffnungen z. B. eine quadratische bzw. beim Schirmgitter
eine rhombische Form derart, daß gemäß F i g. 2 die durchgehenden Stege 39, 49 eine
äquatoriale Ebene unter 45° kreuzen. Diese Form hat sich bei drahtgewickelten Gittern
aus Stabilitätsgründen besonders bewährt. Die Standfestigkeit der beschriebenen
Maschengitter ist jedoch wesentlich größer. Ein teilweiser Nachteil derartiger Gitter
mit quadratischer
Maschenform besteht darin, daß die bei Verwendung
einer Flächen-Oxydkathode erforderliche Feinheit der Maschen zur Vermeidung eines
Inseleffektes bereits ein zu ungünstiges Bedeckungsverhältnis ergibt. Bei nicht
genügend kleinen Maschenöffnungen tritt nämlich im Betrieb auf der dahinter angeordneten
Flächenkathode, z. B. einer Oxydkathode, eine störende Inselbildung auf. Diese Art
der Gitter werden aus diesem Grund in der Hauptsache mit entsprechenden Maschenkathoden
benutzt. Den Vorteil hinsichtlich der Standfestigkeit dadurch, daß beide Stegpaare
gewölbt sind, kann man wenigstens zum Teil ausnutzen, ohne den Nachteil der Inselbildung
in Kauf nehmen zu müssen, wenn man für die Maschenform längserstreckte Rechtecke
38, 43 wählt, die mit ihren Längsstegen 39, 49 um einen geringen spitzen Winkel
gegen die Längsachse geneigt sind, wie dies in dem Ausführungsbeispiel der F i g.
3 dargestellt ist. Da die Steifigkeit der gestanzten Gitter sehr beachtlich ist,
kann man aber auch äüf diese Schrägstellung der Rechtecke verzichten und jeweils
die Längsseiten in Achsrichtung verlaufen lassen.-Dabei können entweder die Längsstege
39, 49 von in' Akhsrichtung benachbarten Maschen einen durchgehenden Verlauf haben,
wie dies beim Ausführungsbeispiel der F i g. 4 dargestellt ist, oder sie werden,
wie in F i g. 5 dargestellt, um eine halbe Maschenbreite - (einen halben Schritt)
gegeneinander versetzt. Man nennt solche Maschengitter allgemein Reusengitter.
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.- =Für die Abmessung derartiger Rechteckmaschen wird--mit Vorteil
ein Seitenverhältnis von 1:8 bis 1 :10 gewählt. Bei den beschriebenen und dargestellten
Maschengittern mit achsparallelem Verlauf der Längskanten kann man grundsätzlich
wie in allen anderen Fällen, z. B. bei in Achsrichtung verlaufender Diagonale, Stegbreite
gleich der Stegdicke machen; dabei kann der Querschnitt geringer als bei einem entsprechenden
aus Draht gewickelten Gitter gewählt werden. Man kann aber auch zur Erhöhung der
Stabilität bei den zuletzt beschriebenen Maschengittern mit Rechteckform und in
Achsrichtung verlaufender Längsseite in Anbetracht dessen, daß ein sehr exakter
Elektronenschatten erreicht werden kann, die in Umfangsrichtung verlaufenden Quer-oder
Kurzstege breiter als die Längsstege ausführen, ohne daß dadurch irgendwelche Nachteile
hinsichtlich der Funktion der betreffenden Röhre entstehen. ES ist aber auch ohne
weiteres möglich, in Anbetracht der großen Stabilität solcher Gitter im Bedarfsfalle
die Stege des Steuergitters breiter als die des Schirmgitters zu machen, nämlich
dann, wenn es darauf ankommt, den Schirmgitterstrom extrem klein zu machen. Die
wesentlichen Vorteile der beschriebenen Maschengitter bei Verwendung in entsprechenden
Mehrgitterröhren sind sehr vielseitig. Die beschriebenen gestanzten Maschengitter
besitzen im Vergleich zu entsprechenden drahtgewickelten Gittern bei gleichem Stegquerschnitt
eine sehr viel größere Standfestigkeit. In Elektronendurchtrittsrichtung gesehen,
weisen die gestanzten Gitter bei gleicher Standfestigkeit gegenüber entsprechenden
Drahtgittern etwa nur die halbe Dicke der betreffenden Gitterelemente auf. Da sämtliche
Gitterelemente alle in einer Fläche liegen, sind die den Nachbarelektroden zugewandten
Flächen sehr viel homogener als bei Verwendung der bisher üblichen Drahtmaschengitter.
Da durch die homogene Gitterfläche gleichzeitig die sich im Betrieb ausbildenden
Potentialflächen homogenisiert werden, wird letzten Endes die Steuerfähigkeit der
betreffenden Röhre erheblich verbessert. Hinzu kommt, daß die Gitter sich sehr viel
leichter und exakter zur Erzielung eines Elektronenschattens in Deckung bringen
lassen; dies ist unter anderem deshalb möglich, weil nicht nur die Form der Maschen,
sondern vor allen Dingen auch die zugehörige Teilung, d. h. die Gitterstruktur,
sich sehr exakt nach dem Stanzverfahren herstellen läßt.