DE1294568B - Verfahren zur Befestigung der Windungen einer zwischen keramischen Halterungsstaeben angeordneten wendelfoermigen Verzoegerungsleitung, insbesondere fuer eine Wanderfeldroehre - Google Patents

Description

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Wanderfeldröhren enthalten bekanntlich eine liert. Da die Klammern oder Drähte den in der Wendelleitung, längs deren Achse sich ein Elek- Wendel fortlaufenden elektromagnetischen Feldern tronenstrahl fortpflanzt. Die Wendelleitung dient zur sehr nahe sind, müssen sie so dimensioniert sein, daß Verzögerung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit eines sie diese Felder nicht wesentlich stören. Auch müssen elektromagnetischen Feldes, so daß dieses mit dem 5 sie leicht herzustellen und anzubringen sein, damit Elektronenstrahl in Wechselwirkung treten kann. Die die Kosten niedrig gehalten werden. Infolgedessen Wendelleitung muß fest angebracht und sauber aus- werden die Klammern oder Drähte gewöhnlich so gerichtet sein, damit die Gleichachsigkeit des Elek- klein und einfach wie möglich ausgeführt und haben tronenstrahls mit der Wendel auf deren ganzer Länge demgemäß geringe mechanische Festigkeit, erhalten bleibt. io Der Hauptnachteil einer solchen Anordnung liegt

Es sind zahlreiche Ausführungsformen für Halte- darin, daß die Klammern oder Drähte keinen zu rangen der Wendel einer Wanderfeldröhre bekannt. großen Druck auf den Haltestab ausüben dürfen, Meist werden hierzu drei oder vier Isolierstäbe ver- ohne die Wendel merklich zu verformen. Eine solche wendet, die z.B. aus Glas oder Keramik bestehen Verformung ist unzulässig. Infolgedessen kann sich und auf der Außenseite der Wendel verlaufen. Sie 15 bei heftigen Stoßen und Erschütterungen die Wendel sind dadurch mit der Wendel verbunden, daß die so stark verschieben, daß sie nicht mehr mit dem einzelnen Windungen an die Stäbe angeglast sind. Elektronenstrahlerzeuger ausgerichtet ist. Zum Anglasen dient gewöhnlich ein glasartiges Ferner ist es bekannt, die Windungen einer

Pulver, das mit einem flüssigen Binder gemischt ist, wendeiförmigen Verzögerungsleitung durch Hartum die Anbringung des Glaspulvers zu erleichtern. 20 löten an Halterungsstäben aus Saphier zu befestigen Das Glas hat einen Wärmeausdehnungskoeffizienten, (USA.-Patentschrift 2 936 397; französische Patentder der Wendel und den Haltestäben so gut wie mög- schrift 1239 181). Diese Befestigungsart ist aber lieh angepaßt ist. Die Haltestäbe werden mit einer ebenfalls verlustbehaftet und in der mechanischen dünnen Schicht diesen gepulverten Glases überzogen, Festigkeit zweifelhaft.

bevor sie an die Wendel angeglast werden. 25 Andererseits ist es bekannt, zu verbindende

Falls die Haltestäbe selbst aus Glas bestehen, kann Metallteile vor dem Löten mit einem sehr dünnen das Glaspulver weggelassen werden. Die Haltestäbe galvanischen Überzug aus dem Lötmittel zu überwerden in Abständen am Umfang der Wendel an- ziehen. Bei der fixierten Halterang einer wendelgebracht und dann so hoch erhitzt, daß der Wendel- förmigen Verzögerungsleitung muß aber die Befestidraht an sie angeglast wird. So ergibt sich ein Bau- 30 gung der Windungen an keramischen Halterungsteil, in dem die Wendel starr gehalten wird und der stäben unter Beachtung ganz spezieller mechanischer in den Vakuumkolben einer Wanderfeldröhre ein- und elektrischer Bedingungen vorgenommen werden, gebaut werden kann. so daß hier keine vergleichbaren Verhältnisse vor-

Das geschilderte Verfahren hat mehrere Nachteile. liegen.

Zunächst ist es außerordentlich schwierig, wenn nicht 35 Ziel der Erfindung ist es also, ein Verfahren zur unmöglich, die Dicke der auf die Stäbe aufgebrach- Befestigung der Windungen einer zwischen keramiten Glasschicht vorher festzulegen. sehen Halterungsstäben angeordneten wendelförmi-

Damit ist eine gleichmäßige Glasbindung längs der gen Verzögerungsleitung, insbesondere für eine Wendel kaum möglich. In mechanischer Hinsicht ist Wanderfeldröhre, an den Halterungsstäben (fixierte es klar, daß eine Glasverbindung nicht so kräftig wie 40 Halterung) bereitzustellen, das die vorstehend geeine Metallverbindung ist,,weshalb die Wendel star- nannten Nachteile nicht aufweist. Das erfindungsken Stoßen und Schwingungen, wie sie insbesondere gemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß in der Luftfahrt und Raumfahrt auftreten, weniger die aus einem Metall hohen Schmelzpunkts begewachsen ist. stehende Wendel galvanisch mit einer extrem dünnen In elektrischer Hinsicht hat sich gezeigt, daß die 45 Metallschicht überzogen wird, die mit dem Metall zahlreichen ungleichmäßigen Glasstege zwischen den der Wendel eine Legierung niedrigen Schmelzpunkts Haltestäben und der Wendel es unmöglich machen, ergibt, daß die so anlegierte Wendel in die Haltedie dielektrische Belastung der einzelnen hergestell- rungsanordnung eingesetzt und das Ganze dann auf ten Wendeln vorherzusagen. Da die dielektrische Be- eine Temperatur nahe dem Schmelzpunkt der Legielastung auf die Phasengeschwindigkeit und die 50 rang so erhitzt wird, daß die Wendelwindungen an Leistungsverluste am Ausgang von Einfluß ist, ist es den Berührungsstellen mit den Halterungsstäben mit somit unmöglich, Wanderfeldröhren mit gleich- diesen metallisch verbunden werden, mäßigen Verlusten und Phasengeschwindigkeiten in Die Erfindung beruht auf der -überraschenden Serie zu bauen. Ferner zeigt bei höheren Temperatu- Feststellung, daß gewisse hochschmelzende, als ren das Anglasungsmaterial außerordentlich hohe 55 Material für wendeiförmige Verzögerungsleitungen dielektrische Verluste. Diese Eigenschaft der Glasie- in Frage kommende Metalle (z.B. Titan) eine rang bewirkt ein Absinken der Ausgangsleistung metallische Bindung mit keramischen Stoffen bei vereiner solchen Wanderfeldröhre um 50 % bei längerer hältnismäßig niedrigen Temperaturen eingehen, wenn Betriebserwärmung. sie mit einem anderen Metall überzogen sind, das an Bei einer anderen häufig gebrauchten Anordnung 60 dieser Stelle und bei dieser niedrigen Temperatur eine zur Halterung der Wendel werden die Haltestäbe in Legierung bildet, deren Schmelzpunkt bzw. Ergewissen Abständen mit Hilfe federnder Klammern weichungsbereich sich in der Nähe der Bindungsoder Drähte gegen die Wendel gepreßt. Die Klam- temperatur befindet. Die an der Wendeloberfläche mern oder Drähte befinden sich innerhalb des gebildete Legierung kann ein Eutektikum darstellen, Vakuumkolbens und bestehen demgemäß aus un- 65 bewirkt aber jedenfalls eine Erniedrigung des magnetischem Material. Es besteht die Gefahr, daß Schmelzpunkts an der Wendeloberfläche, so daß eine dieses Material bei den heftigen Temperaturänderun- feste metallische Bindung bei verhältnismäßig geringen seine ursprüngliche Gestalt und Elastizität ver- ger Temperatur möglich ist. Besteht z. B. die Wendel

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aus Titan und der dünne Überzug aus Nickel, so bil- Die Herstellung der Halterung für die Wendel 20

det sich eine oberflächliche Legierungsschicht, die bei wird an Hand von F i g. 3 und 4 beschrieben. Die

einer Temperatur von etwa 950 C schmilzt. Diese Wendel besteht aus Titandraht, der entweder vor oder

Temperatur liegt weit unterhalb der Schmelzpunkte nach dem Wickeln galvanisch mit einem niedrig von Titan und Nickel. Es wurde gefunden, daß be- 5 schmelzenden Metall überzogen wird. Beim vorheri-

reits eine einmolekulare Schicht ausreicht, um eine gen Überziehen verwendet man z. B. Nickel in einer

einwandfreie Verlötung zu gewährleisten. So läßt sich Schichtdicke von etwa 0,04 bis 0,05 mm. Die Ver-

der Zusatz des Fremdmetalls, der die elektrischen nickelung geschieht nach bekannten Methoden. Dann

und thermischen Eigenschaften der Wendel unter wird der vernickelte Titandraht mit genau ab-

Umständen ungünstig beeinflussen könnte, auf ein io gemessener Ganghöhe auf einen Dorn 32 aus Alumi-

Minimum herabsetzen. nium aufgewickelt. Nach dem Wickeln der Wendel

Die überschüssigen Überzugsteile werden entweder 20 werden z. B. drei Isolierstäbe 22 mit Hilfe von

durch Verdampfen entfernt oder mit einem Metall Bindedrähten 34 aus Wolfram mit einer Dicke von

sehr hoher Leitfähgigkeit überzogen. Dies ist bei der 0,25 mm am Umfang der Wendel befestigt. Diese

galvanisch aufgebrachten Schicht wegen deren gerin- 15 Anordnung ist in F i g. 3 gezeigt,

ger Dicke und gleichmäßigkeit besonders einfach. Als Werkstoff für die Isolierstäbe 22 kommen

Das Lot bleibt also nur in geringsten Spuren an den keramische Stoffe mit hohem Aluminiumoxydgehalt

Berührungsstellen mit der Halterung zurück, so daß in Frage. Es wurden z. B. Porzellanstäbe mit einem

es keine elektrischen Störwirkungen ausüben kann. Gehalt von 94 bis 99 % Aluminiumoxyd ausprobiert.

Andererseits ergibt das Galvanisieren eine beson- so Bevor die Isolierstäbe 22 metallisch mit der Wendel

ders innige Verbindung zwischen den beiden verbunden werden, wird die ganze Anordnung aus

Metallen, welche beim nachfolgenden Erhitzen die Dorn, Wendel, Stäben und Bindedrähten in heiße

niedrigschmelzende Legierung bilden. Beim Galvani- Natronlauge eingebracht, um den Aluminiumdorn

sieren dringen die aus der Lösung abgeschiedenen aufzulösen. Weder Titan, noch Nickel, noch Wolfram

Metallatome in die zu überziehende Oberfläche ein. 45 werden dagegen von Alkalien angegriffen. Nach der

Es kann also bereits die Grenzfläche zwischen dem Entfernung des Doms 32 kann die Verbindung der

Grundmetall und der Überzugsschicht als äußerst Halterung mit der Wendel durchgeführt werden,

dünne Legierungsschicht angesehen werden, so daß Die Verbindung der Haltestäbe mit der Wendel

die Eigenschaften des reinen Überzugsmetalls gar wird nun an Hand der F i g. 4 beschrieben. Die An-

nicht in Erscheinung treten. 30 Ordnung aus vernickelter Wendel, keramischen Halte-

Das erfindungsgemäße Verfahren ist also leicht und stäben und Bindedrähten aus Wolfram wird in eine billig anzuwenden, ergibt eine unverrückbare Halte- Vakuumapparatur gebracht, die aus Glocke 38; rung und führt zu ausgezeichneten Verlust- und Sockel 40 und im Schrank 42 untergebrachter Hoch-Phasengeschwindigkeitseigenschaften der fertigen vakuumpumpe besteht. Zwischen der Pumpe und der Wanderfeldröhre. Auch lassen sich erfindungsgemäß ₃₅ Glocke befindet sich das Rückschlagventil 44, so daß Wendelleitungen mit übereinstimmenden elektrischen die Wendelanordnung 46 in einen luftleeren Raum Eigenschaften in Serie bauen. gebracht werden kann.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden Die Wendelanordnung 46 wird stehend auf einem

nun an Hand der Zeichnung beschrieben. Hierin ist Fuß 48 montiert, wobei die Keramikstäbe einen zy-

F i g. 1 ein Längsschnitt einer Wanderfeldröhre mit 40 lindrischen Vorsprung 50 umfassen. Die freien Enden

einer erfindungsgemäß befestigten Wendelleitung, 52 und 54 der Wendel 20 werden mit zwei Klemmen

F i g. 2 ein Querschnitt der Röhre nach F i g. 1 56 an die elektrischen Anschlüsse 58 angeschlossen,

längs der Linie 2-2 und die mittels Durchführungen 60 zu einem Netzgerät

Fig. 3 und 4 Darstellungen zweier Verfahrens- 62 geführt sind.

stufen bei der Fertigung der Wendelleitung nach 45 Nach dem Aufsetzen der Glocke 38 wird diese auf

Fig. 1. ein bestimmtes Vakuum, z.B. 2-10-^ßmmHg, evaku-

F i g. 1 zeigt eine bekannte geradlinige Wander- iert, und man wartet einige Minuten, um ein gutes

feldverstärkerröhre 10. Sie besitzt einen evakuierten Vakuum zu gewährleisten. Dann wird eine solche

Kolben 12, in dem sich ein Elektronenstrahlerzeuger Spannung an die Zuleitungsdrähte 58 angelegt, daß

14 mit Kathode 16 und Steuerelektrode 18 befindet. 50 sich die Wendel 20 mit den Berührungsstellen der

Ferner enthält der Kolben eine Verzögerungsleitung, Keramikstäbe 22 auf eine vorbestimmte Temperatur

die gewöhnlich als Wendel 20 ausgebildet ist und erwärmt, bei welcher die Nickellegierung eine innige

konzentrisch zum Elektronenstrahl angeordnet ist. Verbindung des Titans mit dem keramischen Werk-

Die Wendel 20 wird von den isolierten Haltestäben stoff bewirkt. Während des Erwärmens verdampft

22 getragen. Am anderen Ende der Verzögerungs- 55 das überschüssige Nickel, so daß nach Beendigung

leitung befindet sich eine Anode 24, weiche den des Vorganges keine Nickelspuren mehr auf der

Elektronenstrahl aufnimmt. Durch den Kolben sind Wendel festgestellt werden können,

die Eingangsleitung 26 und die Ausgangsleitung 28 Es wurde gefunden, daß eine Erhitzung der Wendel

hindurchgeführt. Ein Elektromagnet 29 erzeugt das mit etwa 150 Watt eine Temperatursteigerung an den

konzentrierende Längsfeld für den Elektronenstrahl. 60 Berührungspunkten auf etwa 950° C bewirkt. Die

Wie F i g. 2 zeigt, berühren die isolierenden Halte- Leistung von 150 Watt bleibt so lange aufrecht-

stäbe 22 die Wendel 20 tangential an mehreren Stel- erhalten, bis erfahrungsgemäß eine gute Bindung er-

Ien 30, und zwar sind die Haltestäbe mit jeder Win- reicht ist.

dung verbunden. Erfindungsgemäß befinden sich keine Anschließend läßt man die Anordnung abkühlen

merkbaren Stege zwischen Haltestäben und Windun- 65 und entnimmt sie aus der Vakuumkammer. Dann

gen. Es wurde gefunden, daß die Übergänge dem un- wird die Wendel mit einem elektrisch gut leitenden

bewaffneten Auge unsichtbar sind und erst nach Stoff, z. B. mit Kupfer überzogen. Der Kupferüber-

20facher Vergrößerung festgestellt werden können. zug kann z. B. eine gleichmäßige Dicke von etwa

0,0025 mm aufweisen. Statt Kupfer können auch andere gute Leiter wie Silber oder Gold Verwendung finden. Bekanntlich hat Titan nicht die hervorragende elektrische Leitfähigkeit, die für eine Verzögerungsleitung erforderlich ist. Deshalb wird die Wendel verkupiert, bzw, versilbert oder vergoldet.

Der Titandraht kann auch erst nach dem Aufwickeln auf einen Dorn vernickelt werden. In diesem Falle wird der Dorn vorher mit einem Schutzüberzug versehen, der einen Niederschlag des Nickels aus der stark alkalischen Galvanisierlösung verhindert. Solche Schutzüberzüge sind bekannt. Nach dem Vernickeln werden wieder die Isolierstäbe angebracht, der Wickeldorn wird herausgelöst und die Stäbe werden im Vakuum mit der Wendel verschweißt. An- ig schließend wird die Wendel verkupfert bzw. versilbert oder vergoldet.

Eine praktisch ausgeführte Verzögerungswendel bestand aus Titandraht mit einer Stärke von 0,2 mm, hatte einen Durchmesser von etwa 1,7 rom, eine au Länge von etwa 127 mm mit 23 Windungen pro cm und einem Kupferüberzug von etwa 0,0025 mm Dicke. Sie war für den Betrieb im X-Band bestimmt und wies auf ihrer Gesamtlänge eine Dämpfung von etwa 8 db im kalten Zustand auf. Bei längerem Be- as trieb ergab sich keine merkbare Dämpfungsänderung der Röhre, die einer Temperaturerhöhung der Wendelanordnung zugeschrieben werden könnte. Der unerwünschte Gang der Dämpfung mit der Temperatur, der mit den Glasstegen der bekannten Halterung 3Q verbunden ist, fällt also hier weg. Außerdem ist die Anordnung einfach, robust und leicht herzustellen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Befestigung der Windungen einer zwischen keramischen Halterungsstäben angeordneten wendeiförmigen Verzögerungsleitung, insbesondere für eine Wanderfeldröhre, an den Halterungsstäben (fixierte Halterung), dadurch gekennzeichnet, daß die aus einem Metall hohen Schmelzpunkts bestehende Wendel galvanisch mit einer extrem dünnen Metallschicht überzogen wird, die mit dem Metall der Wendel eine Legierung niedrigen Schmelzpunkts ergibt, daß die so anlegierte Wendel in die Halterungsanordnung eingesetzt und das Ganze dann auf eine Temperatur nahe dem Schmelzpunkt der Legierung so erhitzt wird, daß die Wendelwindungen an den Berührungsstellen mit den Halterungsstäben mit diesen metallisch verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel nach der Fixierung mit einem Metall sehr hoher elektrischer Leitfähigkeit überzogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel aus Titan besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der galvanische Überzug aus Nickel oder Kupfer besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur anfänglichen Festlegung der Wendelwindungen in der Halterungsanordnung Bindedrähte aus Wolfram verwendet werden,

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen