DE2157415B2 - Abgeschirmte kollektorelektrodenanordnung und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine abgeschirmte Kollektorelektrodenanordnung für Mikrowellenröhren, z. B. Wanderfeldröhren, Klystrons oder dergl, mit einem zur Abschirmung dienenden, äußeren, hohlen Metallzylinder und einem inneren, dazu konzentrisch angeordneten, einen Teil der Kollektorelektrode bildenden Metallzylinder, bei welcher die Metallzylinder durch aus elektrisch isolierendem, wärmeleitendem Material bestehende Abstandselemente, die in an mindestens einer der Oberflächen der Metallzylinder angeordneten Lagern gehaltert sind, voneinander getrennt sind, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung derartiger abgeschirmter Kollektorelektrodenanordnungen.

Die aus der Wendel einer Mikrowellenröhre austretenden Elektronen des Elektronenstrahles treffen auf die Kollektorelektroden auf, wobei ihre kinetische Energie in Wärme umgewandelt wird; dieser Energieverlust ergibt einen verringerten elektrischen Wirkungsgrad. Dabei kann die erzeugte Wärme so hoch sein, daß die Kollektorelektrode beschädigt und die Röhre zerstört wird, wenn es nicht gelingt, die erzeugte Wärme schnell genug abzuführen.

Um die im Inneren der Röhre auftretende Wärme so gering wie möglich zu halten und den elektrischen Wirkungsgrad zu erhöhen, werden sogenannte im Potential abgesenkte Koüektorelektroclen verwendet. Dabei wird die Kollektorelektrode elektrisch anstatt auf Erdpotential mit relativ hoher Spannung betrieben, im allgemeinen bei der Hälfte der der Beschleunigungselektrode aufgegebenen Spannung. Da Wendel und Beschleunigungselektrode auf Erdpotential liegen und die Kollektorelektrode relativ hierzu auf einer hohen negativen Spannung gehalten wird, wird ein elektrisches Feld zwischen Kollektorelektrode und Wendel aufgebaut, das so orientiert ist, daß es die Strahlelektroner verzögert, wenn sich die Elektronen der Kollektorelektrode nähern. Die Elektronen besitzen somit be Auftreffen auf die Kollektorelektroden eine geringere kinetische Energie und erzeugen weniger Wärme ah dies bei anderen Kollektorelektrodenanordnungen dei Fall ist. Bei gleicher Ausgangsleistung hat die Rohrs damit einen wesentlich höheren elektrischen Wirkungs grad, und die Notwendigkeit der zusätzlichen Kühlunj und die Möglichkeit der Beschädigung der Röhn aufgrund der Erzeugung von Wärme an der Kollektor elektrode werden auf einem Minimum gehalten. Die bedeutet, daß bei Anordnungen mit im Potentia abgesenkter Kollektorelektrode die Röhre mit höhere Ausgangsleistung ohne Beschädigung betrieben werde kann als im Falle herkömmlicher Konstruktionen. B«. weiterer Erhöhung der Leistungsabgabe bereite

jedoch Wärmeerzeugung und Wärmeableitung wiederum Schwierigkeiten.

Es ist allgemein bekannt bei Anordnungen mit im Potential abgesenkter Kollektorelektrode eine Abschirmung vorzusehen, die die Kollekiorelektrode umgibt; diese Abschirmung wird auf elektrischem Erdpotential gehalten. Der Hauptzweck dieser Abschirmung besteht darin, als äußere Abdeckung an einem Ende der Röhrenanordnung zu wirken, wodurch die Röhre ohne Verletzungsgefahr für eine mit der Röhre in Berührung kommende Person betrieben werden kann, da sie eine elektrisch geerdete äußere Fläche aufweist, die mit einer elektrisch geerdeten Wärmesenke, z. B. einem Kühlsystem verbunden werden kann. Somit sind wesentliche Faktoren bei der Auslegung von Anordungen mit im Potential abgesenkter Kollektorelektrode, daß eine entsprechende elektrische Isolation zwischen der Kollektorelektrode und der Abschirmung aufrechter halten wird, und daß ein entsprechender Wärmeleitpfad vorgesehen wird, um Wärme von der Kollektorelektrode an eine äußere Wärmesenke zu übertragen.

Isolierende Abstandselemente sind zwischen der Abschirmung und der Kollektorelektrode befestigt, damit die gewünschte elektrische Isolation und der Wärmeleitpfad gebildet werden.

Es ist ferner bekannt (US-Patentschrift 33 43 088), Kollektorelektrodenanordnungen für Mikrowellenröhren so auszugestalten, daß der äußere hohle Metallzylinder und der innere, dazu konzentrisch angeordnete und einen Teil der Koilektorelektrode bildende Metallzylinder durch Abstandselemente voneinander elektrisch isoliert sind, die so ausgebildet sind, daß am Innenumfang des äußeren Metallzylinders U-förmige Elemente in einer Kreislinie im Abstand voneinander starr befestigt, z. B verschweißt sind, und daß in diesen U-förmigen Elementen über den inneren Metallzylinder freibeweglich angeordnete keramische Abstandshalter eingesetzt sind, die am Außenumfang des inneren Metallzylinders anliegen; auf diese Weise soll ein Kippen des inneren Metallzylinders (Kollektor) gegenüber dem äußeren Metallzylinder (Gehäuse) begrenzt werden. Die kreisförmig in einer einzigen Kreisebene angeordneten Abstandshalter sind am Übergang zwischen geradem und gekrümmtem Teil des Innenzylinders angeordnet; des weiteren ist der Kollektor an der Stelle des Strömungsmitteleinlasses mit dem Einlaßgehäuse starr befestigt. Bei dieser bekannten Anordnung ist die Führung durch Abstandselemente relativ kompliziert und aufwendig, das Wärmeübergangsvermögen aufgrund der wenigen vorgesehenen Kontaktstellen gering, und die auftretenden hohen Abscherkräfte können von den Abstandselementen allein nicht aufgenommen werden.

Ferner ist eine Wanderfeldröhre bekannt gewesen (DT-OS 15 16 386), bei der der Kollektor mit einer zylindrischen Hülle über eine große Anzahl dünner, biegsamer, ringförmiger Metallscheiben, einem Metallzylinderabschnitt, einem zylindrischen Keramikteil und einem metallischen Wärmeleiter verbunden ist. Der Kollektorzylinder isoliert dabei den Kollektor elektrisch von der üblichen Röhrenanordnung. Der Wärmeleitweg ist hierbei ziemlich lang, weil die Metallscheiben einen verhältnismäßig großen Außendurchmesser besitzen. Des weiteren bringt der vergleichsweise lange Keramikzylinder eine zusätzliche Verlängerung des Wärmeleitweges mit sich, so daß die Wärmeableitung insgesamt keinen zufriedenstellenden Wert ergibt.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung mit im Potential abgesenkter Elektrode für Mikrowellenröhren, insbesondere Wanderfeldröhren und Klystrons, zu schaffen, mit deren Hilfe die Nachteile bekannter Anordnungen und insbesondere die schädlichen Einflüsse von auftretenden Scherkräften vermie den werden können und mit denen es möglich ist, ein definiertes Wärmeübertragungsv.Tmögen zu erzielen.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß als Abstandselement etwa kugelförmige Körper vorge sehen sind, und daß als Lager für die Abstandseiemente kugelsegmentförmige Vertiefungen dienen, die zumin dest in eine der Oberflächen der Metallzylinder, der inneren Oberfläche des äußeren Metallzylinders oder der äußeren Oberfläche des inneren Metallzylinders,

'5 eingebracht sind.

Ferner wird gemäß der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung derartiger abgeschirmter Kollektorelektrodenanordnungen vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die beiden hohlen Metallzylinder konzentrisch im <^bstand zueinander so angeordnet werden, daß ein Ringraum dazwischen verbleibt, daß in diesem Ringraum kugelförmige Abstandseiemente aus einem Material eingesetzt werden, dessen Härte größer ist als die Härte wenigstens eines der beiden Metallzylinder, und daß die Breite des Ringraumes verkleinert wird, bis wenigstens einige der Abstandseiemente derartige Vertiefungen in eine der Zylinderoberflächen eingedrückt haben, daß diese durch die Vertiefungen gehaltert werden.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der nachfolgenden spezieilen Figurenbeschreibung.

Mit der erfindungsgemäßen Kollektorelektrodenanordnung wird erreicht, daß sehr hohe Druckkräfte ausgehalten werden können, so daß während des normalen Betriebes der Röhre jede radiale Ausdehnung des Kollektorelektrodenzylinders die Druckkräfte zwischen den beiden Zylindern und den Keramikkugeln erhöht, wodurch maximale physikalische Kontaktflächen und damit ein guter Wärmeübergang gewährleistet sind. Die Kugeln selbst können aus Aluminiumoxyd, Berylliumoxyd oder einem entsprechenden Material hergestellt sein.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine O-Wanderfeldröhre und ihre Schaltung, die die Kollektorelektrodenanordnung gemäß der Erfindung umfaßt,

F i g. 2 im Querschnitt eine vollständige, abgeschirmte Kollektorelektrodenanordnung nach einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig.3a im Querschnitt einen der ersten Schritte bei der Herstellung einer Kollektorelektrodenanordnung gemäß der Erfindung,

F i g. 3b einen Stapel von keramischen Kugeln, wie sie während des Zusammenbaues angeordnet sind,

F i g. 3c im Querschnitt die fertige Anordnung nach dem Füllen des Ringraumes zwischen den Zylindern mit keramischen Kugeln,

Fig.4a eine Querschnittsdarstellung einer Einrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrensschrittes der Einbettung der Kugeln in den Kollektorelektrodenzylinder während des Zusammen-

<\s baues verwendet wird,

Fig.4b eine Teilquerschnittsansicht, der die Beziehung zwischen den keramischen Kugeln und den Zylindern nach Durchführung des Schrittes mich

F i g. 4a zeigt,

F i g. 5a eine schematische Darstellung einer die Größe reduzierenden Form, wie sie zur Reduzierung der Abmessungen des äußeren Zylinders verwendet wird, teilweise im Querschnitt,

Fig.5b schematisch die Methode, nach der die keramischen Kugeln in beiden Zylindern eingebettet werden, und

Fig.6 im Querschnitt eine Kollektorelektrodenanordnung, bei der die Verfahrensschritte nach den F i g. 3-5 angewendet worden sind und die zur Aufnahme der übrigen Elemente, welche in der vollständigen Anordnung nach Fig.2 gezeigt sind, bearbeitet worden ist.

Die dargestellte Ausführungsform einer abgeschirmten Kollektorelektrodenanordnung für eine Mikrowellenröhre weist zwei hohle, metallische, zylindrische Bauteile auf, die konzentrisch ineinander angeordnet sind, und die in dieser Anordnung von einer Vielzahl von verhältnismäßig harten, dielektrischen, wärmeleitenden Abstandselementen, insbesondere keramischen Kugeln, die innerhalb des Ringraumes zwischen den Zylindern angeordnet sind, im Abstand voneinander gehalten und elektrisch voneinander isoliert sind. Die Keramikkugeln sind in Vertiefungen angeordnet bzw. eingesetzt, die in den einander zugewandten Wandungen der zylindrischen Bauteile ausgebildet sind. Jede der Vertiefungen hat die Form eines Kugelsegmentes von solcher Größe, daß sie der aufgenommenen keramischen Kugel entspricht, so daß die Kugel im Zylinder eingebettet ist. Der innere Zylinder wirkt als der größere Teil der Kollektorelektrode, der während des Betriebes der Röhre auf einem hohen Spannungspegel gehalten wird und der hohe Temperaturen annimmt; der äußere Zylinder bildet die Kollektorabschirmung, die auf einer wesentlich niedrigeren Spannung, normalerweise elektrischem Erdpotential, gehalten wird und an die die Wärme aus der Kollektorelektrode abgeführt wird. Die keramischen Kugeln bestehen aus dielektrischem Material, das so ausgewählt ist, daß die Kugeln eine elektrische Isolierung ergeben und gute Wärmeleiter sind, somit einen Wärmepfad zum Abführen von aus der Kollektorelektrode während des Betriebes der Wanderfeldröhre abzuleitender Wärme ausbilden.

Die Keramikkugeln halten sehr hohe Druckkräfte aus. so daß während des normalen Betriebes der Röhre jede radiale Expansion des Kollektorelektrodenzylinders die Druckkräfte zwischen den beiden Zylindern und den Kugeln erhöht so daß maximale physikalische Kontaktflächen und somit ein guter Wärmeübergang gewährleistet sind. Die Kugeln können aus Aluminiumoxyd, Berylliumoxyd oder einem äquivalenten Material hergestellt sein.

Wie vorstehend ausgeführt und weiter unten näher erläutert, betrifft die Erfindung auch ein Verfahren, daß zur Herstellung abgeschirmter Kollektorelektrodenanordnungen, die als im Potential abgesenkte Kollektoren betrieben werden können, zweckmäßig anwendbar ist wobei die beschriebene Ausführungsform des Verfahrens den Zusammenbau von praktisch inkompressiblen keramischen Kugeln zwischen konzentrischen Metailzylindem umfaßt Der Abstand zwischen den konzentrischen Zylindern wird zuerst mit den Kugeln gefüllt und dann werden die Kugeln bis zu einer vorbestimmten Tiefe m jeder der entgegengesetzt orientierten Oberflächen der Zylinder eingebettet Bei einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Außenfläche des inneren Zylindern nach außen gedruckt um die Kugeln hauptsächlich in der Außenfläche einzubetten, und die Innenfläche des äußeren Zylinders wird nach innen gedrückt um die Kugeln entsprechend hauptsächlich in der Innenfläche des äußeren Zylinders einzubetten, so daß die Kugeln fest zwischen gegenüberliegenden Vertiefungen in den beiden Zylindern angeordnet sind und sich nicht bewegen können. Ähnlich wird eine Relativverschiebung zwischen dem inneren und dem äußeren Zylinder verhindert.

F i g. 1 zeigt schematisch eine herkömmliche mit im Potential abgesenktem Kollektor betriebene Wanderfeldröhre mit Kathode 1, gestrichelt angedeuteten evakuiertem Gehäuse 2, Beschleunigungselektrode 3 mit Durchtrittsöffnung 5, Wendel 7, Hochfrequenzeingang 9, Hochfrequenzausgang 10, Kollektorelektrode 13, Metallabschirmung 15, Isolatoren 16, Hochfrequenzquelle 17 und Speisequelle 19.

Eine Ausführungsform der abgeschirmten Kollektorelektrodenanordnung gemäß der Erfindung ist in F i g. 2 im Querschnitt und vergrößert im Detail dargestellt. Die hier beschriebene Anordnung wird durch Befestigung an dem Metallgehäuse einer sonst herkömmlichen Röhre, beispielsweise durch Verlöten eingebaut.

Die in F i g. 2 gezeigte Anordnung weist einen ersten hohlen Metallzylinder 21, vorzugsweise aus Kupfer auf. Der Zylinder 21 entspricht der Metallabschirmung 15, die symbolisch in Verbindung mit der schematischen Darstellung nach F i g. 1 angedeutet ist. Ein zweiter hohler Zylinder 23, der ebenfalls aus Metall, insbesondere Kupfer besteht und dessen Außendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des Zylinders 21, ist konzentrisch innerhalb des Zylinders 21 angeordnet. Eine Kollektornasenanordnung 25 zylindrischer Gestalt, wie beispielsweise aus Molybdän, damit sie der Hitzeerosion widersteht, ist mit einem Rand 26 verlötet, der am linken Ende des Zylinders 23 ausgebildet ist. Die Nasenanordnung 25 enthält eine zylindrische Bohrung 27, die während des Betriebes der Röhre den Eintritt von den Elektronen in den Zylinder 23 gestattet. Ein Kollektorstöpsel 29 etwa zylindrischer äußerer Gestalt, der insbesondere aus Kupfer besteht, ist mit einem Rand 30 und mit vergrößerten Wandteilen verlötet, die innerhalb des Hohlzylinders 23 an dem die Elektronen sammelnden Ende ausgebildet sind. Der Kollektorstöp-

sei 29 weist einen konischen, ausgehöhlten Teil auf und dient zum Verschließen des Zylinderendes. Der Kollektorzylinder 23, der Kollektorstöpsel 29 und die Nasenanordnung 25, bilden zusammen die Kollektorelektrode entsprechend dem Kollektor 13, wie er schematisch in F i g. 1 dargestellt ist.

Eine hohle zylindrische Verlängerungshülse 31, die ebenfalls zweckmäßigerweise aus Kupfer besteht ist in seiner Lage mit einem Rand 32 und mit einem vergrößerten Wandteil, der im Zylinder 21 ausgebildet

ist verlötet Ein elektrisch isolierendes Fenster 35, zweckmäßigerweise aus Aluminiumoxyd, ist innerhalb einer ringförmigen Metallhülse 33 verlötet Ein Metallanschluß 37 erstreckt sich durch das Fenster und ist hermetisch innerhalb des Fensters abgedichtet Diese

Elemente, die häufig als Topf-Wandanordnung bezeichnet werden, sind in ihrer Stellung dadurch befestigt daß die Wand 33 mit der Hülse 31 verlötet wird, so daß eine vakuumdichte Verbindung entsteht Eine elektrische Leitung 39 verbindet den Stöpsel 29 mit dem Anschluß 37.

Ein Metallflansch 41, zweckmäßigerweise aus Kovar. ist mit einem Rand 42 innerhalb eines vergrößerten Frontteiles des Zylinders 21 verlötet Der Flansch 41

weist eine öffnung 43 auf, die im Betrieb der Röhre den Durchtritt von Elektronen in den Kollektorelektrodenzylinder 23 ermöglicht. Der Flansch bildet das Element, durch welches die Kollektorelektrodenanordnung mit anderen herkömmlichen Elementen der Röhre, insbesondere mit dem zylindrischen Metallgehäuse 2 der Wanderfeldröhre verbunden ist, wie F i g. 1 schematisch zeigt.

Eine Vielzahl von getrennten, gegeneinander versetzten Verteilungen 43 ist innerhalb der inneren zylindrisehen Fläche des Außenzylinders 21 ausgebildet. Im Querschnitt nach Fig.2 sind zwei Reihen dieser Vertiefungen sichtbar, wobei jede Reihe parallel zur gemeinsamen Achse der beiden Zylinder 21 und 22 verläuft. Zahlreiche andere Reihen von im Abstand angeordneten Vertiefungen verlaufen um die innere zylindrische Fläche des Zylinders 21 herum. Die Vertiefungen in einer Reihe sind axial so versetzt, daß sie zwischen die Vertiefungen der zwei benachbarten Reihen fallen. Im wesentlichen sind die Vertiefungen 45 alle um die äußere Fläche des Zylinders 21 und längs dieser Fläche versetzt.

Jede Vertiefung 43 weist eine entsprechende Vertiefung 45 in axialer und radialer, d. h. winkelmäßiger Ausrichtung auf; beide bilden zusammen ein Paar von entgegengesetzt angeordneten Vertiefungen, die einander an den zylindrischen Ringarm zwischen den konzentrisch angeordneten Zylindern 21 und 23 zugewandt sind. Jede einer Vielzahl von Kugeln 47 ist zwischen die Vertiefungen eines Paares eingesetzt und ist somit zwischen der inneren Wand des Zylinders 21 und der äußeren Wand des Zylinders 22 angeordnet, so daß sie Abstandselemente zwischen den Zylindern ausbilden. Die Kugeln 47 bestehen aus dielektrischem und hartem Material, das ein guter Wärmeleiter ist. Somit sind die Kugeln 47 in der Lage, hohen Druckkräften ohne Zerbrechen zu widerstehen. Hierzu kann ein dielektrisches und keramisches Material, z. B. Aluminiumoxyd oder Berylliumoxyd verwendet werden. Die kugelige Gestalt ist erwünscht, da diese geometrisehen Abmessungen Druckkräften am besten widerstehen. Alle Kugeln 47 weisen vorzugsweise den gleichen Durchmesser 2R auf und sind innerhalb und zwischen entgegengesetzt gerichteten Vertiefungen in den Zylinderwandungen angeordnet. Die Form einer jeden Vertiefung ist so gewählt, daß ein großer Oberflächenkontakt zwischen der Oberfläche der dazwischen aufgenommenen Kugel gewährleistet ist. und ist ein kugelförmiges Segment, so daß sich ein Kontakt über den vollen Bereich der kugeligen Oberfläche des darin eingebetteten Abstandselementes ergibt In Fig.2 ist jede der Vertiefungen 43 und 45 mit gleicher geometrischer Abmessung und Größe dargestellt, nämlich der eines Segmentes einer Kugel vom Radius R, was den geometrischen Abschnitten und der Größe der keramischen Kugeln 47 entspricht Vorzugsweise übersteigt die Tiefe einer jeden Vertiefung in jeder Wandung die Hälfte des Radius der Kugeln nicht hauptsächlich, um den Abstand zwischen den Zylindern 2t und 23 aufrechtzuerhalten. Somit kann die Tiefe einer <*> Vertiefung in der Größenordnung von RJl sein, wobei R der Kugelradius ist

Jede der Kugeln 47 ist in jedem Zylinder zwischen gegenüberliegenden angeordneten Vertiefungen 43 und 45 eingebettet und steht in Kontakt mit diesen. Die eingebetteten Kugeln werden in ihren Stellungen zwischen den Wandungen der Zylinder 21 und 23 vorzussweise unter Druck, selbst bei Raumtemperatur, gehalten, und stehen unter erhöhtem Druck während eines normalen Betriebes der Röhre, und zwar aufgrund thermischer Expansion des Innenzylinders 23. Eine ausreichende Anzahl von Keramikkugeln 47 ist über den gesamten Ringraum zwischen den Zylindern 21 und 23 angeordnet, um die Zylinder 21 und ?3 elektrisch isoliert voneinander zu halten, während die größtmögliche Anzahl von gut wärmeleitenden Pfaden dazwischen ausgebildet wird.

Die Beziehung zwischen den Keramikkugeln, der Abschirmung und dem Innenzylinder 23, der einen Teil der Kollektorelektrode bildet, läßt sich besser und einfacher aus der nachfolgenden Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung der abgeschirmten Kollektorelektrodenanordnung nach der Erfindung verstehen.

Nach F i g. 3 werden die Kupferzylinder 21 und 23 von Rohmaterial in ihre Größe geschnitten, wobei der Zylinder 23 eine etwas größere Länge als der Zylinder 2! erhält. Die Durchmesser der beiden Zylinder sind so gewählt, daß der Ringraum 52 zwischen ihnen die gewünschte Freite besitzt, wenn die Zylinder konzentrisch angeordnet sind, wie dies dargestellt ist. Vor dem ersten Zusammenbau werden beide Zylinder in geeigneter Weise angelassen, um sie zu erweichen, so daß sie eine gewünschte geringe Härte besitzen. Während die Zylinder vorzugsweise die gleiche Härte aufweisen, ist es auch möglich, den Innenzylinder 23 stärker anzulassen, so daß er weicher ist als der Außenzylinder 21. Zusätzlich werden die Keramikkugeln 47 durch entsprechende Mittel gründlich gereinigt, so daß jeglicher Schmutz oder andere Partikeln beseitigt werden.

Zu Beginn wird der Zylinder 23 konzentrisch in den Zylinder 21 eingesetzt, und eine O-Ringdichtung 51 wird am einen Ende in den ringförmigen Trennraum 52 eingebracht, damit die Zylinder in der in Fig.3a dargestellten Beziehung vorübergehend gehalten und ein Stöpsel an diesem Ende des Raumes vorgesehen wird. Im Anschluß daran werden keramische Kugeln 47 innerhalb des Raumes angeordnet und die Anordnung wird sanft nach jedem Hinzufügen von Kugeln geklopft, damit die Kugeln in ihre Lage fallen und sich zueinander einrichten. Dieses anfängliche Einrichten der Keramikkugeln ist in Fig.3b besser dargestellt, aus der einige der Kugeln 47 gestapelt oder eingereicht gezeigt sind.

Nachdem der Raum 52 bis zur gewünschten Höhe mit Keramikkugeln 47 gefüllt ist. wird eine zweite O-Ringdichtung 53, wie in Fig.3c gezeigt, am oberen Ende eingesetzt, damit dieses Ende des Ringraumes verstöpselt wird. Im Anschluß daran wird eine Kupferbeilage 54 am oberen Ende der Anordnung eingesetzt um dieses Ende zu verschließen und die O-Ringdichtung 53 zusammenzupressen. Eine zweite Kupferbeilage 55 wird am unteren Ende eingesetzt Die Kupferbeilagen werden dann in ihrer Stellung festgelegi und die Enden der soweit zusammengebauten Einher werden mit einem Acrylbindemittel zur Erzielung einei guten Abdichtung bestrichen.

Die auf diese Weise zusammengebaute Einheit win in eine geteilte Form eingesetzt die eine wirksatw Fassung mit der äußeren Oberfläche des Außenzylin ders 21 bildet wie F i g. 4a zeigt Diese Form besteh zweckmäßigerweise aus einem zylindrischen Bauteil 5< das den Zylinder 21 eng umgibt und das mit eine scheibenförmigen oberen Endplatte 57 und eine unteren Endplatte 58 versehen ist, deren jede ein öffnung aufweist, durch die ein Zugang zu de Innenbohrung durch den Zylinder 23 erzielt wird. Ei

Polyurethanstück 64, das genau in das Stück Zylinder 23 eingepaßt und sich im wesentlichen über die Länge des Zylinders 23 erstreckt, wird in den Zylinder eingesetzt, des weiteren werden Stempel bzw. Kolben 5¹J und 60 durch die Endplatten 57 und 58 hindurch in Anschlag mit den Enden des Polyurethanstückes 64 eingebracht. Die gesamte Anordnung wird dann in eine Presse eingesetzt. Die Presse übt auf die Kolben 59 und 60 Kräfte aus, die durch die Pfeile F dargestellt sind, während die Form und die Endplatten 57 und 58 festgehalten werden. Wird das Polyurethanstück 64 auf diese Weise gequetscht, baucht es sich aus und übt eine radiale und damit eine Expansionskraft auf die Wandungen des Zylinders 23 aus, wodurch der Zylinder in radialer Richtung gleichförmig ausgeweitet wird, wodurch wiederum ähnlich hohe Drücke auf die Keramikkugeln 47 ausgeübt werden. Dieser Druck ist sehr hoch und kann praktisch einen Wert von 2800 kg/cm² erreichen. Wenn die Keramikkugeln verhältnismäßig hart sind, d. h. praktisch inkompressibel sind, und Druckkräfte von etwa 23 800 kg/cm² für Aluminiumoxyd und 19 250 kg/cm² für Berylliumoxyd aushalten können, während das Kupfer wenigstens des 2ylinders 23 verhältnismäßig weich im Vergleich hierzu ist, gibt die äußere Oberfläche des Innenzylinders 23 nach und wird dauernd verformt, so daß kugelsegmentförmige Vertiefungen entstehen, die - da sie durch die zugeordneten Kugeln an Ort und Stelle aufgrund der Verschiebung des Materials erzeugt werden — zwangsweise mit den Oberflächen der Kugeln 47, die sie erzeugen, aufeinanderpassen. Anders ausgedrückt werden die Kugeln 47 in der äußeren Wandung des Innenzylinders 23 eingebettet, vorzugsweise in einer Tiefe von R/2, wobei R der Radius der Kugel 47 ist. Eine zumindest geringe Vertiefung bildet sich auch in der inneren Fläche der Wandung des Außenzylinders 21 je nach der Weichheit des Zylindermaterials aus. Falls es erwünscht ist, den Außenzylinder ebenfalls weitgehender mit Vertiefungen zu versehen, werden die weiter unten erläuterten Schritte angewendet.

Fig.4b zeigt einen kleinen herausgeschnittenen Teil im Querschnitt, bei dem Teile des Außenzylinders 21. des Innenzylinders 23 und einiger Keramikkugeln 47 am Ende des vorbeschriebenen Quetschvorganges gezeigt sind; die Kugeln sind dabei so dargestellt, daß sie bis zu einer bestimmten Tiefe in die äußere Wandung des Innenzylinders 23 eindringen, und es sind entsprechende Vertiefungen in der Form kugelförmiger Segmente im Zylinder 23 ausgebildet worden.

Im Anschluß daran werden die Form und die Anordnung aus der Presse entfernt, die Kolben 59 und 60 weggenommen und das Polyurethanstück 64 abgezogen, und dann wird die Anordnung aus den Formelementen 57,56 und 58 herausgenommen.

F i g. 5a zeigt schematisch eine die Größenabmessung verringernde Form 61. Diese die Größenabmessung verringernde Form weist einen Durchgang 62 auf, dessen Durchmesser sich von einem Radius am Eintritt zu einem kleineren Radius am Austritt verkleinert Der Durchgang 62 ist zylindrisch, wobei das breite Ende dem äußeren Durchmesser des Zylinders 21 der Kollektorelektrodenanordnung entspricht Die Kollektoranordnung wird nach der in Fig.4a angedeuteten Behandlung in die die Größenabmessung verringernde Form 61 eingesetzt, wie in Fig.5a gezeigt Eine einen Druck ausübende Ausspantivorrichtung 63 wird auf die Oberseite der Anordnung aufgesetzt und mit Hilfe einer Presse wird eine Kraft F aufgegeben, die die Kollektorelektrodenanordnung durch den Durchgang 62 hindurchtreibt, so daß die äußeren Wandungen des Zylinders 21 unter hoher gleichförmiger, radial nach innen gerichteter Kompression stehen und bei einem solchen Ziehvorgang zusammengepreßt werden, so daß die radiale Abmessung verringert wird.

Während der die Größe erzielende Vorgang vorstehend als in einem Verfahrensschritt ablaufend beschrieben ist, kann die gewünschte Verringerung des

ίο Durchmessers des Zylinders 21 auch durch eine Anzahl von Arbeitsvorgängen durchgeführt werden, wobei fortschreitend kleinere Formen im Vergleich zur Form 61 verwendet werden.

Die Kompressionskräfte, die auf den Außenzylinder 21 ausgeübt werden, werden auf die innere Wandfläche übertragen, und die hohen Kompressionskräfte werden den Keramikkugeln aufgegeben. Da die Keramikkugeln steifer (praktisch inkompi essibel) als der Außenzylinder 21 sind, und da c.er Innenzylinder 23 eine größere Härte als der Außenzylinder 21 aufweisen kann, gibt die innere Wandung des Zylinders 21 an jeder Stelle nach, an der eine Keramikkugel in Kontakt mit ihr kommt und eine kugelsegmentförmige Vertiefung ausbildet, die der anliegenden Oberfläche der Kugel, wie in F i g. 5b gezeigt, entspricht. Dieser Schritt seinerseits kann eine geringe weitere Vertiefung in der äußeren Wand des Innenzylinders 23 verursachen. Die Tiefe solcher Vertiefungen oder der Grad der Einbettung hängt natürlich von der relativen Härte der verschiedenen Materialien und von dem Ausmaß der Größenverringerung, die erzielt wird, ab. Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, die Kugeln sowohl in der inneren als auch der äußeren Wandung der Zylinder 21 und 23 einzubetten, und zwar bis zu einer Tiefe, die etwa gleich (V₂) R beträgt, wobei R der Radius ist. der für die Keramikkugeln 47 gewählt wird. Während des Ziehvorganges des Verfahrens breiten sich die Kugeln etwas auseinander und bilden einen kleinen Abstand zwischen sich, so daß sie nicht so eng aneinanderliegen. wie in

Fig. 3bgezeigt.

Der Hohlraum oder die Aussparung im Zylinder 23. in der eine einzelne Kugel 47 angeordnet ist. ist in axialer und in radialer Richtung (in bezug auf die Zylinderachse) mit der Vertiefung im Zylinder 21 ausgerichtet, in

welchem die andere Seite der gleichen Kugel 47 gelagert ist.

Es ist möglich, die Folge von Verfahrensschritten umzukehren, d. h. zuerst den Außenzylinder zusammenzupressen, falls dies erwünscht ist Mit einer speziellen

Einrichtung ist es femer möglich, den Innenzylinder 23 zur gleichen Zeit auszudehnen, wie der Außenzylinder 21 zusammengepreßt wird.

Wenn die Konstruktion dies ermöglicht kann auch einer der beiden vorerwähnten Einbettvorgänge entfal-

len. Dann wird beispielsweise nur der Ausdehnungsschritt oder der Kompressionsschritt angewendet wenn das leichte Einbetten der Kugeln innerhalb eines der Zylinder annehmbar ist Um den Endvorgang des Einpassens der in der

&> vorbeschriebenen Weise erhaltenen Anordnung in die vollständige, abgeschirmte Kollektorelektrodenanordnung nach Fig.2 zu erläutern, wird auf Fig.6 Bezug genommen. Bei den abschließenden Arbeitsvorgängen werden die Enden der Anordnungen abgesägt damit die

⁶S Kupferbeilagen 54 und 55 nach F i g. 3c entfernt werden; dabei werden die Zylinder 21 und 23 auf die richtige Länge geschnitten, ohne daß die O-Ringdichtungen 51 und 53, die in ihrer Stellung gehalten werden.

abgeschnitten werden. Im Anschluß daran wird das rechte Ende der Anordnung, wie in F i g. 6 gezeigt, so bearbeitet, daß ein Rand 32 längs der Oberfläche des Zylinders 21 erhalten wird. Zusätzlich wird der Innenzylinder 23 so aufgebohrt, daß ein Rand 30 rechts in F i g. 6 entsteht. Zwei zusätzliche Bohrungen bilden den Rand 42 im Außenzylinder 21 und den Rand 26 im Innenzylinder 23 aus.

Die O-Ringdichtungen, die in ihrer Lage gehalten werden, verhindern, daß Metallspäne während dieser Bearbeitungsschritte in den Ringraum eindringen. Mit Fertigstellung der Ränder werden die O-Ringe entfernt. Dabei werden die Stöpselanordnung 29 und die Ausgangsfensteranordnung der Elemente 31,33,35,37, und 39 wie auch die Kollektornasenanordnung 25 und der Flansch 41 in ihrer Stellung so wie oben in Verbindung mit F i g. 2 beschrieben gehalten. Diese Elemente werden dann in ihrer Stellung verlötet um die Vorgänge abzuschließen, so daß die abgeschirmte Kollektorelektrodenanordnung nach F i g. 2 erhalten wird.

Im Betrieb wird der Abschirmzylinder 21 nach F i g. 2 elektrisch auf Erdpotential und der Kollektorzylinder 23 auf einer hohen negativen Spannung in bezug auf die Abschirmung gehalten. Dadurch wird das elektrische Feld £2, das in Verbindung mit der Arbeitsweise der Wanderfeldröhre nach Fig. 1 erwähnt wurde, zwischen der Nase 25 und dem Abschirmflansch 41 in eirrer solchen Richtung aufgebaut, daß sich nähernde Elektronen verzögert werden. Während der Abstand in den Zeichnungen klein gewählt ist, ist er in der Praxis hinreichend groß, um die Elektronen zu verzögern. Vergleichsweise sei darauf hingewiesen, daß der Verzögerungsabstand in der Größenordnung des Abslands ist, durch welchen das Elektron zu Anfang über die Beschleunigungsanode 3 beschleunigt wird, wie dies in F i g. 1 erörtert ist. Somit werden Elektronen, die aus der Wendel 7 nach Fig. 1 austreten, auf eine niedrigere Geschwindigkeit verzögert und treten in die Anordnung am Eingang 43 des Flansches 41 und Durchgang 27 in der Nasenanordnung 25 des Kollektorelektrodenzylinders 23 ein. Innerhalb des inneren hohlen Raumes des Zylinders 23 treffen die Slrahlenelektronen einen feldfreien Bereich an, in welchem sie weder angezogen noch abgestoßen werden und sich somit frei in die Wandung des Zylinders 23 bewegen oder weiterwandern und auf dem sich konisch verjüngenden Wandteil des Kollektorstöpsels 29 sammeln können. Der elektrische Stromkreis für die Elektronen setzt sich durch den Stöpsel, die elektrische Leitung 39, den elektrischen Anschluß 37 zu dem entsprechenden Anschluß der Energiespeisequelle 19 nach F i g. 1 fort durch welche die hohe elektrische Spannung an die Kollektorelektrode gelegt wird. Die wandernden Elektronen verlieren ihre kinetische Energie bei der Kollision mit der Kollektorelektrode und erzeugen dabei Wärmeenergie. Die Wärme erhöht die Temperatur des Kollektorelektrodenzylinders 23. Ein wärmeleitender Pfad wird jedoch zwischen der Metallwandung des Zylinders 23 durch jede der Keramikkugeln 47 zu dem äußeren Metallzylmder 21, der die Abschirmung darstellt, aufrechterhalten. Durch nicht dargestellte Vorkehrungen, z. B. Wärmerippen, die an dem Abschirmzylinder 21 befestigt sind, oder eine Kühlwasserummantelung wird die Wärme in eine Wärmesenke abgeleitet, die auf einer niedrigeren Temperatur liegt

Wird der KoHektorzylinder 23 aufgeheizt dehnt er

sich sowohl in radialer als auch in axialer Richtung aus. Bei der radialen Ausdehnung gibt die äußere Fläche des Innenzylinders 23 einen nach außen orientierten Druck auf die Keramikkugeln auf und drückt diese in engen Flächenkontakt mit dem Außenzylinder 21. Während des Betriebes werden somit die Kugeln unter Druck gehalten und es ist ein guter Kontakt zwischen beiden Zylindern und den Keramikkugeln 47 gewährleistet, auch wenn kein hoher Druck bei Raumtemperatur während der vorbeschriebenen Herstellung ausgeübt worden ist. Wie oben erwähnt, sind die Keramikkugeln verhältnismäßig hart, starr und praktisch inkompressibel, so daß sie sicher den hohen Druckkräften widerstehen. Im Gegensatz hierzu ist bei den Anordnungen bekannter Art das keramische Material verschiedenen Zug- und Abscherbeanspruchungen ausgesetzt, und keramische Materialien, die zwar Kompressionskräften widerstehen können, können nicht in ausreichendem Maße den Kräften widerstehen, die bei bekannten Anordnungen auftreten.

Teilweise is. die Fähigkeit, Kompressionskräfte auszuhaken, durch die Kugelform der Abstandselemente bedingt, Zwar können die Abstandselemente auch von anderer Gestalt sein, d. h. von der kugelförmigen Geometrie abweichen, und trotzdem in Verbindung mit vorliegender Erfindung zweckmäßig sein; die Kugel ist jedoch die bevorzugte geometrische Form, wenn es darum geht, Druckkräfte aufzunehmen. In Verbindung mit der Beschreibung der Anordnung ist die Form der Vertiefung 43 und 45 in den Zylindern 21 und 23 ein Kugelsegment. Da es dem Oberflächenteil der entsprechenden eingebetteten Kugel entspricht und in Dmckkontakt mit diesem Oberflächenteil steht, ergibt es ein Maximum an Kontaktfläche und somit an Querschnittsgröße des zur Verfugung stehenden Wärmepfades. Die Ausdehnung, d. h. die Volumenvergrößerung des Innenzylinders 23 und die Kompression der Kugel gewährleistet einen guten physikalischen gegenseitigen Kontakt und wirkt somit in der Weise, daß eine gute Wärmelehverbindung in Form eines Wärmepfades zwischen der Kollektorclektrodc und der Abschirmung erzielt und damit die Wärmeübergangseigenschaft der Kollektorelektrode während der gesamten Lebensdauer der Röhre zuverlässig aufrechterhalten wird. Aufgrund der identischen Konstruktion von Röhre ?u Röhre und der physikalischen Zuverlässigkeit der Konstruktion werden definierte, reproduzierbare Ergebnisse erzielt.

Als Ergebnis des Verfahrens gemäß der Erfindung, das zur Herstellung der Vertiefungen und zur Aufnahme der kugelförmigen Abstandselemente verwendet wird sei darauf hingewiesen, daß selbst bei Raumtemperatm viele oder alle Kugeln bündig unter dem Einfluß dei Druckkräfte gelagert sind, wenn auch nur in geringeren" Maße. Die Vertiefungen wurden durch Aufweiten odei Ausdehnen des Innenzylinders 23 und Zusammendrük ken des Außenzylinders 21 gebildet Da jede Metallzy lederoberfläche zur Ausbildung der Vertiefungei nachgiebt und damit eine im allgemeinen permanent* Deformation erhalten wird, ist ein möglicher zusätzli eher Bereich vorhanden, bei dem die Fließgrenze de Zylinderoberflächenmateriales nicht überschritten wire Somit kann ein zusätzlicher rückseitiger Teil eine solchen Vertiefung einige FlexibHtät behalten und win nicht permanent deformiert Auf diese Weise könnei die Kugeln durch die entgegengesetzt gerichtete! zylindrischen Oberflächen unter Druckbeanspruchunj gehalten werden. Weil der Durchmesser der Keramik

kugeln größer ist als der Abstuad zwischen den nicht deformierbaren Oberflächen der beiden Zylinder, können sich die Kugein nicht aus ihren Lagerstellen herausbewegen und verbleiben somit in ihrer Stellung. Da die Kugeln sich aus ihrem Sitz herausbewegen s können, ist es ferner nicht möglich, wenigstens nicht bei normalen Kräften, den Außenzylinder 21 in bezug auf den Innenzylinder 23 zu bewegen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Abgeschirmte Kollektorelektrodenanordnung für Mikrowellenröhren, z.B. Wanderfeldröhren, Klystrons oder dgl, mit einem zur Abschirmung dienenden, äußeren, hohlen Metallzylinder und einem inneren, dazu konzentrisch angeordneten, einen Teil der Kollektorelektrode bildenden Metallzylinder, bei welcher die Metallzylinder durch aus elektrisch isolierendem, wärmeleitendem Material bestehende Abstandselemente, die in an mindestens einer der Oberfläche der Metallzylinder angeordneten Lagern gehaltert sind, voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß als Abstandselement etwa kugelförmige Körper (47) vorgesehen sind und daß als Lager für die Abstandselemente kugelsegmentförmige Vertiefungen (43, 45) dienen, die zumindest in eine der Oberflächen der Metallzylinder (21, 23) der inneren Oberfläche des äußeren Metallzylinders (21) oder der äußeren Oberfläche des inneren Metallzylinders (23) eingebracht sind.

2. Kollektorelektrodenanordnung nach Anspruch

1, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Tiefe einer Vertiefung (43,45) etwa gleich der Hälfte des Radius eines Abstandselementes (47) ist.

3. Kollektorelektrodenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandselemente (47) aus keramischem Material, z. B. Aluminiumoxyd oder Berylliumoxyd bestehen.

4. Verfahren zur Herstellung einer abgeschirmten Kollektorelektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1-3. dadurch gekennzeichnet, daß die beiden hohlen Metallzylinder (21, 23) konzentrisch im Abstand zueinander so angeordnet werden, daß ein Ringraum dazwischen verbleibt, daß in diesen Ringraum kugelförmige Abstandselemente (47) aus einem Material eingesetzt werden, dessen Härte größer ist als die Härte wenigstens eines der beiden Metallzylinder (21, 23) und daß die Breite des Ringraumes verkleinert wird, bis wenigstens einige der Abstandselemente (47) derartige Vertiefungen (43,45) in eine der Zylinderoberflächen eingedrückt haben, daß diese durch die Vertiefungen gehaltert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung der Härte des Metalls vor dem Zusammenbau die Metallzylinder (21,23) Temperbehandlungen ausgesetzt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verringerung der Breite des Ringraumes dadurch erzielt wird, daß der innere Zylinder (23) in allen radialen Richtungen gleichförmig erweitert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Zylinder (23) dadurch erweitert wird, daß sein Innenraum mit einer plastisch deformierbaren Substanz (64) gefüllt und die Substanz zusammengedrückt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Substanz (64) mit Hilfe von zwei Druckstangen (59,60) zusammengedrückt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß als plastisch deformierbare 6s Substanz (64) Polyurethan verwendet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Zylinder

(21) an einer Expansion durch Einsetzen in eine Form (56) an einer Erweiterung des Zylinders (23) gehindert wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verringerung der Breite des Ringraumes durch gleichförmiges Zusammenpressen des äußeren Zylinders (21) in allen radialen Richtungen erzielt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Zylinder (21) mittels eines Ziehvorganges zusammengedrückt wird, bei dem die Anordnung durch eine die Größe vermindernde Form gezwungen wird.