DE2504375A1 - Verfahren zum devakuieren einer evakuierten elektronenroehre - Google Patents

Description

EGA Docket Uo.: 67,054

ÜS-SN 439 561 ■

Convention Date:

February 4, 1974

RCA Corporation, Hew Tork, H.X., T.St.A.

Verfahren zum Devakuieren einer evakuierten Elektronenröhre

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Devakuieren einer evakuierten Elektronenröhre mit einem Kolben mit gläsernem Halsteil, in dem eine Einbauvorrichtung mit einem gegenüber dem Halsteil im dichten Abstand davon angeordneten 3?lächenteil untergebracht ist, auf Atmosphärendruck, wobei ein impulsförmiger Strahl aus gebündelter Strahlungsenergie auf einen Außenflächenbereich des Halsteils gerichtet wird, bis sich in diesem Bereich ein Krater bildet und das Glasmaterial am Boden des Kraters verdampft, in den Kolben hineingerissen wird und dort kondensiert. Das Verfahren ist insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, dazu geeignet, eine Kathodenstrahlröhre für den Eintritt von Luft mit Atmosphärendruck zu öffnen, so daß die Röhre mit einem neuen Strahlsystem ausgerüstet werden kann.

Bei einigen bekannten Methoden zum Öffnen einer Vakuumröhre für den Lufteintritt wird der Röhrenhals oder der Pumpstutzen der Röhre kontrollierbar aufgebrochen (siehe z.B. die USA-Patentschriften 3 063 777, 3 404 933 und 3 679 2S4). In einer Veröffentlichung von D. Meyerhof er in "ROA Engineer" 15, 52-57 (1970), ist beschrieben, wie eine Kathodenstrahlröhre für den Lufteintritt dadurch geöffnet werden kann, daß

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mit 15 langen Impulsen eines Laserstrahlbündels mit 3 Joule Energie pro Impuls ein kleines loch, in eine G-laswand des Röhrenkolbens gebohrt wird. Während jedes dieser bekannten Verfahren darauf abgestellt ist, die Menge an dabei erzeugten losen Teilchen zu minimalisieren, werden gleichwohl lose Glasteilchen erzeugt und in denjenigen Teil der Röhre hineingerissen, der erhalten und wiederverwendet werden soll. Wenn das Öffnen der Röhre durch Aufbrechen erfolgt, werden die Teilchen großenteils beim Brechen dee Glases erzeugt. Wenn gemäß dem bekannten Verfahren mittels eines Laserstrahlbündels ein Loch durch eine Glaswand gebohrt wird, entstehen Teilchen während des Brechens sowie dann, wenn verdampftes Glasmaterial in den Röhrenkolben hineingerissen wird und dort kondensiert.

33er Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das die genannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Energiestrahl auf einen dem KLächenteil im dichten Abstand gegenüberliegenden Bereich des Halsteils gerichtet wird, derart, daß das in den Kolben hineingerissene verdampfte Material auf dem 3?lächenteil der Einbauvorrichtung kondensiert und festhaftet. Das Flächenteil hat dabei eine kleinste Abmessung von mindestens 6,35 mm (250 Mil) und ist nicht weiter als 6,35 mm (250 Mil) von der Innenfläche des Halsteils entfernt.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird erreicht, daß weniger lose Teilchen entstehen. Der die Durchbohrung und die Einbauvorrichtung mit dem kondensierten Material enthaltende Teil des Röhrenhalses wird dann weggeschnitten und zum Abfall gegeben.

Vorzugsweise arbeitet man mit Impulsen von 1,2 bis 2,2 Joule. Für die übliche Wanddicke von ungefähr 2,29 mm (90 Mil) ist eine Beaufschlagung mit 40 bis 50 Impulsen in ungefähr

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30 Sekunden Angemessen, um die Wandung au durchbohren. Aufgrund diener geringeren Energiekonzentration entsteht weniger Bruch an der Itarohbohrungsstelle. Außerdem wird weniger ver dampft·· ölaeaaterial in die Bohre hineingerieten. Aufgrund dieeer baida* Äerkaale verringert eich die Menge an erzeugten ' 2,0·** *·!*«*·* ncoh atfer*

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figur 1 eine teilweise weggebroohene und im Schnitt dar- gaatallte Seitenaneicht einer Laeeretrahlvorriohtung in der *ua erfindungsgemäßen Devakuieren einer Kathodenstrahlröhre geeigneten Lage; und

figur 2 bis 4 vergrößerte fragmentarische Seitenschnittdarstellungen des Kolbens der Röhre nach !Figur 1 in verschiedenen Stadien der Durchbohrung mittels eines Laeeretrahlbündels.

figur 1 zeigt eine evakuierte Kathodenstrahlröhre 21 mit einem Kolben 23 mit Triohter- oder Konusteil 25 und gläsernem Halsteil 27. Im Ealsteil 27» der im allgemeinen einen Durchmesser von ungefähr 2,54- bis 5*08 om(1 bis 2 Zoll) hat, ist eine Einbauvorrichtung 29 untergebracht, die auf einem gläsernen Röhrenfuß 31 durch ins Innere hineingeführte metallene Zuleitungsstifte 33 gehaltert ist. Die Einbauvorrichtung 29 kann die Bauteile eines oder mehrerer Blektronenstrahlsysteme sowie verschiedene Gitter und sonstige Organe zum Formen und Richten des oder der erzeugten Elektronenstrahlen enthalten. Diese Bauteile sind hauptsächlich aus Metall und weisen Flächenteile auf, die in ihrer kleinsten Abmessung mindestens 6,35 mm (250 Mil) messen und im dichten Abstand (ungefähr 0,51 bis 2,54 mm = 20 bis 100 Mil) von der Innenfläche des Halsteils 27 des Röhrenkolbens 23 angeordnet sind. Ein solches Flächenteil 35 ist in Figur 2 bis 4 in der Nachbarschaft des Halsteils 27 gezeigt. Das Gewicht der Röhre 21 wird von einem 0-förmigen Jochhalter 37, auf dem der Konusteil 25 aufsitzt, getragen. Der Halsteil wird durch eine mit Kunststoffauflage

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versehene Einspannvorrichtung, bestehend aus einer V-förmigen Backe 39 und einer Flachbacke 41, festgehalten.

Die Bestrahlungsvorrichtung 51 enthält eine in einem Quellengehäuse 53 untergebrachte Energiestrahlquelle (nicht gezeigt), eine in einem linsengehäuse 55 untergebrachte ■wassergekühlte linse (nicht gezeigt) und eine Kammer 57 für die Reinhaltung der Linsenoberfläche von Staub und anderem absorbierenden Material durch Beaufschlagung mit zirkulierender Luft oder anderweitigem Gas. Das durch die gestrichelte Linie 59 angedeutete Strahlenbündel führt Impulse aus-Strahlungsenergie (vorzugsweise Infrarotenergie) hoher Energiekonzentration. Da Vorrichtungen zum Erzeugen solcher Strahlungsenergiebündel allgemein bekannt sind, ist eine nähere Beschreibung hier nicht erforderlich.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird als Strahlungsenergiequelle ein Kohlendioxyd-Laserrohr verwendet, das ungefähr 50 Watt Dauerstrahlungsenergie mit einer Wellenlänge von ungefähr 10,6 um erzeugen kann. Diese Wellenlänge wird nahezu vollständig von der G-laswandung (die eine Dicke von ungefähr 2,29 mm = 90 Mil hat) des Halsteils 27 absorbiert. Ein geeigneter Kohlendioxyd-Laserstrahler ist in der USA-Patentschrift 3 745 482 beschrieben. Eine bevorzugte Vorrichtung ist der Kohlendioxyd-Laser Model 42 der Firma Coherent Radiation, PaIo Alto, California (USA). Man kann auch andere Erzeuger oder Quellen von Strahlungsenergie, die vom Glas im wesentlichen absorbiert wird, verwenden. Auch kann das Strahlenbündel andere Energiewerte sowie andere Wellenlängen haben. Beispielsweise kann als Energiestrahlerzeuger ein Xttrium/Aluminium/ Granat-Laser verwendet werden, der Strahlungsenergie mit einer Wellenlänge von ungefähr 1,06 um emittiert.

Der Energiestrahlerzeuger enthält eine Einrichtung zum Erzeugen von Strahlungsenergieimpulsen mit kontrolliertem Energieinhalt, kontrollierter Dauer und kontrolliertem Zeitabstand. Dabei kann es sich um einen mechanischen Q-Schalter-Zerhacker oder einen Q-Schalter-Drehspiegel handeln. Vorzugs-

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weise sieht man jedoch als Impulserzeugereinrichtung im Energiestrahlerzeuger eine elektronische Schaltungsanordnung vor, die durch Ein- und Ausschalten des Strahls die gewünschten Impulse erzeugt. Die Impulse führen vorzugsweise 1,2 bis 2,2 Joule Energie. Die Impulslänge ist so gewählt, daß eine Glaswand mit einer Dicke von ungefähr 2,29 mm (90 Mil) mit 40 bis 50 Impulsen in ungefähr 30 Sekunden durchbohrt wird.

Mittels der linse wird der Strahl auf eine gewünschte Größe am Halsteil 27 der Röhre fokussiert oder gebündelt. Bei Verwendung des bevorzugten Kohlendioxyd-Lasers kann mit Hilfe einer Germaniumlinse mit 63,5 mm (2,5 Zoll) f/1 der Strahl auf einen Durchmesser von ungefähr 0,25 mm (10 Mil) mit 2,03 mm (80 Mil) Fokustiefe gebündelt werden. Stattdessen kann man auch eine Germaniumlinse mit 127,0 mm (5,0 Zoll) f/1 verwenden, die den Strahl auf einen Durchmesser von ungefähr 0,51 mm (20 Mil) mit ungefähr 8,34 mm (330 Mil) Fokustiefe bündelt.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Kathodenstrahlröhre 21 in den Halter 37 eingesetzt und festgespannt, wie in Figur 1 gezeigt, und mit dem 'Laserstrahler ein Energiestrahl erzeugt, der in die Kolbenwand des Halsteils ein Loch bohrt. Dann wird der Strahl abgeschaltet und die Röhre 21 aus dem Halter herausgenommen. Wenn ein loch durch die gläserne Halswand gebohrt ist, strömt das umgebende Gas, das luft oder irgendeine kontrollierte Atmosphäre sein kann, durch das Bohrloch ein und füllt die Röhre 21. Danach wird ein Teil des Halses 27 mit dem Bohrloch und der Einbauvorrichtung abgeschnitten und weggeworfen. Das erfindungsgemäße Verfahren weist zwei wichtige Merkmale gegenüber dem Stand der Technik auf.

Gemäß dem ersten Merkmal wird der Strahl auf einen Halswandteil gerichtet, der sich im dichten Abstand gegenüber einem inneren IPlächenteil 35 der Einbauvorrichtung befindet. Anfänglich trifft der gebündelte Strahl auf einen Bereich 61 der Außenwandfläche des Halses auf, wie in Figur 2 gezeigt.

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Bei ihrer Absorption durch die gläserne Halswand wird die Energie des Strahlungsbündels in Wärme umgewandelt, durch die eine gewisse Menge des Glasinaterials unter Bildung eines Kraters 63 verdampft wird, wie in Eigur 3 gezeigt. Der Krater 63 hat eine Wand 65 aus Glasmaterial, die über die gläserne Außenfläche des Halsteils 27 vorsteht. Im letzten Stadium wird Glasmaterial am Boden des Kraters 63 verdampft und mit dem aufgrund des Druckunterschieds zwischen der Innenseite und der Außenseite der Röhre 21 hineinschießenden Gas in die Röhre gerissen. Das verdampfte Material kondensiert auf dem inneren Plächenteil 35 und haftet dort als Glasschicht 67 fest, wie in ITigur 4 gezeigt. Infolge der Bildung der Glasschicht 67 entstehen weniger Teilchen und erreichen weniger Teilchen den Konusteil der Röhre, der erhalten bleiben soll. Die Glasschicht 67 wird dann zusammen mit dem weggeschnittenen Halsteil und der Einbauvorrichtung weggeworfen, d.h. zum Abfall gegeben. Der größte Teil des verdampften Materials geht dann in die Glasschicht 67 ein, wenn das Plächenteil in ihrer kleinsten Abmessung mindestens 6,35 mm (250 Mil) mißt und nicht weiter als 6,35 ram (250 Mil) von der Innenfläche des Hallsteils entfernt ist.

Gemäß dem zweiten Merkmal führen die Energiestrahlimpulse eine niedrigere Energie als bei den bekannten Verfahren zum Durchbohren der gläsernen Halswand. Und zwar beträgt die Energie vorzugsweise ungefähr 1,2 bis 2,2 Joule pro Impuls, d.h. weniger als 50 $ der Energie pro Impuls, die bei dem Verfahren gemäß der eingangs genannten Literaturstelle "RCA Engineer" verwendet wird. Bei einer Glaswanddicke von ungefähr 2,29 mm (90 Mil) ist eine Beaufschlagung mit 40 bis 50 Impulsen in ungefähr 30 Sekunden für eine Durchbohrung der Wandung ausreichend. Aufgrund der niedrigeren Energie pro Impuls und der niedrigeren Rate der Energieeingabe erfolgt im wesentlichen kein Brechen des Glases an der Durchbohrungsstelle. Diese niedrigere Rate der Energieeingabe kann für verschiedene Glaswanddicken verwendet werden. Größere Wanddicken verlangen

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längere Beaufschlagungszeiten. Es wird angenommen, daß bei einer derartigen Rate der Energieeingabe oder Eingangsenergie durch jeden Impuls ein Teil der Glaswand verdampft wird und daß der letzte Impuls die G-laswand durchbohrt oder durchsticht, wie beim bekannten Verfahren. Jedoch ist die Menge an in die Röhre hineingerissenem verdampften Glasmaterial kleiner als bei dem bekannten Verfahren gemäß der genannten literaturstelle aus "RGA Engineer". Es wird angenommen, daß aufgrund der geringeren Menge an verdampftem Material weniger Teilchen erzeugt werden. Ferner wird angenommen, daß der größte Teil des verdampften Materials an der dicht beabstandeten Fläche, gegen die es getrieben wird, festhaftet.

Führen die Impulsstrahlen eine wesentlich geringere Energiekonzentration, so wird die Vorrückgeschwindigkeit des Loches oder der Bohrung für praktische Zwecke zu langsam. Wenn die Impulsstrahlen eine wesentlich höhere Energiekonzentration aufweisen, so erfolgt an der Durchbohrungsstelle ein übermäßiges Zerbrechen des Glases in lose Glasbruchstücke, und eine übermäßige Menge an verdampftem Glas wird in die Röhre hineingerissen. Die Energiekonzentration beträgt vorzugsweise zwischen ungefähr 1,2 und 2,2 Joule pro Impuls. Bei einer Glaswand mit.einer Dicke von ungefähr 2,29 mm (90 Mil) sind für die Durchbohrung der Wand in ungefähr 30 Sekunden ungefähr 48 Impulse mit 1,5 Joule Energie erforderlich.

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Claims (3)

1. Patentansprüche

   iJ Verfahren zum Devakuieren (Auffüllen) einer evakuierten Elektronenröhre mit einem Kolben mit gläsernem Halsteil, in dem eine Einbauvorrichtung mit einem gegenüber dem Halsteil im dichten Abstand davon angeordneten Plächenteil untergebracht ist, auf Atmosphärendruck, wobei ein impulsförmiger Strahl aus gebündelter Strahlungsenergie auf einen Außenflächenbereich des Halsteils gerichtet wird, bis sich in diesem Bereich ein Krater bildet und das Glasmaterial am Boden des Kraters verdampft, in den Kolben hineingerissen wird und dort kondensiert, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiestrahl (59) auf einen dem ITlächenteil (35) im dichten Abstand gegenüberliegenden Bereich (61) des Halsteils (27) gerichtet wird, derart, daß das in den Kolben (23) hineingerissene verdampfte Material auf dem !lächenteil der Einbauvorrichtung (29) kondensiert und festhaftet.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlimpulse mit einer einfallenden Strahlungsenergie von ungefähr 1,2 bis 2,2 Joule auf den Halsteil gerichtet werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß 40 bis 50 der Strahlimpulse mit je ungefähr 50 Watt in ungefähr 30 Seirunden auf den Halsteil gerichtet werden.

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