DE2515356C3 - Elektronenstrahlauffänger für Elektronenstrahlröhren hoher Leistung, insbesondere Hochleistungswanderfeldröhren und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektronenstrahlauffänger für Elektronenstrahlröhren hoher Leistung, insbesondere Hochleistungswanderfeldröhren, mit einem den Elektronenstrahl aufnehmenden metallischen Hohlkörper, einem metallischen Außenkörper und einer den beiden metallischen Körpern zwischengeordneten Hülse aus elektrisch isolierendem Material (Isolierhülse),

wobei der Hohlkörper aus einem inneren massiven Teil (Hohlkörperkern) und einem äußeren, mit elastischen Längsrippen versehenen Teil besteht und die Isolierhülse zumindest mit den Längsrippen des Hohlkörpers fest verbunden ist.

Ein derart aufgebauter Kollektor für eine Wanderfeldröhre ist aus der US-PS 36 66 980 bekannt. Bei dieser Ausführung sind die Längsrippen durch schräge, an der Auffängerlängsachse vorbeiweisende Einschnitte (»radial-tangentiale« Einschnitte) im Hohlkörper gebildet. Eine solche Konstruktion hat den Vorzug, daß bei Wahrung eines günstigen Wärmeübergangs zwischen dem Hohlkörper und der Isolierhülse Ausdehnungsunterschiede der beiden Partner, die aufgrund der stark verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Betrieb der Röhre und insbesondere beim Verlöten auftreten, zumindest in radialen Richtungen abgefangen werden und hier nicht zu unzulässig hohen Druck- bzw. Zugspannungen führen können. Allerdings sind die Lötverbindungen zwischen den einzelnen Rippen und der Isolierhülse trotz Schlitzung des Hohlkörpers noch immer verhältnismäßig großflächig, so daß die Gefahr lokaler, unvorhersehbarer Ablösungen und damit die Möglichkeit von Einbrüchen im Wärmetransportver-

lögen besteht. Diesem Problem kann auch nicht durch Verschnürung der Rippen abgeholfen werden, da, hgesehen vom zunehmenden Fertigun^saufwand, die Einschnitte im Körperinneren mit wachsender Anzahl sich zu sehr nähern und damit die Wärmeleitpfade an (W Wurzel der einzelnen Längsrippen zu stark verengen wurden.

Zur Schaffung eines Elektronenstrahlauffängers, der über ausgezeichnete Wärmetransporteigenschaften verfügt und diese Eigenschaften auch bei Temperaturzvklen von nahezu 1000° C nicht verliert, ist bei einem Auffänger der einangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Längsrippen jeweils aus einzeln fertigten B|_echlamellen mit einer gleichmäßigen Wandstärke von weniger als 0,5 mm bestehen, die sowohl mit der Isolierhülse als auch mit dem Hohlkörperkern verlötet sind. Als Materalien kommen insbesondere Kupfer für die metallischen Teile (Körper und Lamellen) und BeO für die Isolierhülse in Frage.

Die vorgeschlagene Lamellierung ergibt trotz hoher Elastizität des Übergangs zur Isolierhülse einen besonders hohen Wärmeleitungsquerschnitt, da die gesamte Manteloberfläche des Hohlkörperkerns im Lamellenteil beibehalten und mit der Isolierhülse in Kontakt gebracht wird; Wärmepfadverengungen, die zu einem Wärmestau führen könnten, treten auf dem gesamten radial nach außen führenden Weg vom Kerninneren bis zur Isolierhülse nicht auf. Dieses außerordentlich günstige Wärmeleitprofil fällt insbesondere bei Kollektoren für Hochleistungsröhren, bei denen die Auffängerqualität in erster Linie nach der abführbaren Wärmemenge beurteilt wird, entscheidend ins Gewicht. Zugleich hält die Lamellenkonstruktion Temperaturen von etwa 800° C (Löttemperaturen) und andererseits Zimmertemperaturen stand:

Wenn sich die Metallteile (Hohlkörperkern und Lamellen) beim Erhitzen der Röhre stärker ausdehnen als die Isolierhülse, so verdreht sich der Kern unter Verbieg^ing seiner flexiblen Blechiamellen gegen die Hülse, anstatt auf sie Druck auszuüben. Dadurch kann eine einwandfreie Lötverbindung ohne Bruchzonen zwischen einem Kupferkörper und einer Keramikhülse hergestellt werden. Die Verbindungsstellen vertragen sogar eine mehrmalige Erhitzung auf Löttemperaturen und zeigen auch beim Erkalten der Röhre wegen der relativ schmalen Lötflächen und der Duktilität des Lamellenkupfers keine Spaltbildungen oder Ablösungserscheinungen. Sollte sich herausstellen, daß in Richtung der Längsachse unerwünscht hohe Sche.kräfte auftreten so kann man diese Kräfte höchst einfach durch in Abstand aufeinanderfolgende kleine Einschnitte in den de Hülse zugewandten Lamellenseiten verringern. Eine erfindungsgemäße Auffängerkonstruktion stellt so insgesamt einen gelungenen Kompromiß zwischen einer einerseits hohen und andererseits zuverlässig gleichmäßigen Wärmeableitung über ein elektrisch isolierendes Zwischenstück hinweg bei mechanisch robuster Bauweise dar. Die Blechlamellen sollten hierbei so dünn wie möglich sein, als besonders geeignet haben sich Blechstärken von 0,2 mm bewährt.

Es ist aus der DT-AS 16 14 681 an sich bereits bekannt, einen Kollektor-Hohlkörper mit Kühlrippen zu umschließen und diese Rippen mit einer isolierenden Keramikplatte hart zu verlöten; die Rippen sind dabei ihrerseits jeweils auf ihrer zu verlötenden Seite lamelliert. Bei diesem vorbekannten Kollektoraufbau wird allerdings der Hohlkörper vom Isolierteil nicht umeeben. so daß die Verbindung Platte-Rippe jedenfalls durch die radialen Ausdehnungsunterschiede zwischen dem Hohlkörper und der Keramikplatte - ein wesentliches Problem im vorliegenden Zusammenhang — nicht belastet wird. Im übrigen handelt es sich im Ausführungsbeispiel der genannten Auslegeschrift um mechanisch nicht mit dem Hohlkörper verbundene Querrippen.

Damit der erfindungsgemäß vorgesehene Lamellenkranz überall gleichmäßig nachgiebig und flexibel ist, ίο sollten zwischen benachbarten Blechlamellen möglichst keine Lötverbindungen bestehen. Aus diesem Grund empfiehlt es sich, die einzelnen Lamellen mit einer beispielsweise wenige μ starken Chromschicht zu versehen. Die Lamellen selbst könnten am einfachsten durch einen Stanzprozeß gefertigt werden. Verchromt man sie dabei vor dem Stanzvorgang, so bleiben ihre Schnittstellen auf einfache Weise chromfrei und leicht verlötbar.

Um die Lot- bzw. Betriebswärme auch von der ίο Isolierhülse nach außen leicht abführen zu können, ist die Hülse am besten mit dem metallischen Außenkörper großflächig fest verbunden. Hierzu verlötet man entweder beide Partner in einer Lehre mit geringer thermischer Ausdehnung (Fe-Rohr, Graphit-Rohr) oder scheidet auf der Hülse ein Metall, vorzugsweise Kupfer, galvanisch ab.

Die Herstellung des vorgeschlagenen Auffängers erfolgt vereinfacht in zwei Lötschritten: In einem ersten Lötschritt werden die Blechlamellen an den Hohlkörpern gelötet, und in einem nachfolgenden zweiten Lötschritt wird die so erhaltene Einheit mit der Isolierhülse und gegebenenfalls die Hülse mit dem Außenkörper verbunden. Zwischen beiden Lötprozessen werden die Blechlamellen durch spanabhebende Bearbeitung auf genaue Passung mit der Isolierhülse gebracht. Werden dabei die Lamellen in Umfangsrichtung leicht verbogen und die Lamellenenden verschmiert, so wirken sich diese Effekte sehr nützlich aus: Die Lamellenverbiegung gibt eine Vorzugsrichtung und damit die Drehrichtung des Hohlkörperkerns bei Erhitzung des Auffängers vor, die Verschmierung der Lamellenenden begünstigt den Lotfluß und vergrößert die Lötfläche.

Wollte man billige Isolierhülsen mit größeren Maßtoleranzen nehmen, so könnte man auch auf das Hülseninnere eine Metallschicht, vorzugsweise eine Kupferschicht, galvanisch abscheiden und den exakten Innendurchmesser durch Nachdrehen der Kupferschichtherstellen.

Die Erfindung soll nun anhand eines in den Figuren der Zeichnung dargestellten, besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels mit weiteren Einzelheiten und Merkmalen näher erläutert werden. Einander entsprechende Teile sind dabei mit gleichen Bezugszeichen

55 versehen. Es zeigt

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Elektronenstrahlauffängers in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht,

Fig.2 das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 im Schnitt 60 Uli, in Pfeilrichlung gesehen, und

Fig.3 einen die Lamellenzone enthaltenden Ausschnitt der Fig. 2.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel ist als Kollektor für eine Hochleistungswanderfeidröhre vorgesehen. 65 Dieser Kollektor besteht im einzelnen aus einem den Elektronenstrahl aufnehmenden Hohlkörperkern t, einer elektrisch isolierenden Hülse (Isolierhülse) 2, einem zugleich als Vakuumhülle dienenden Außenkör-

per 3 und einem den Außenkörper umgebenden Kühlsystem, gebildet aus einer inneren Wandung 4, einer äußeren Wandung 6, einem Kühlmitteleinlaßstutzen 7 (vgl. F i g. 2), einem Kühlmittelauslaßstutzen 8 und einem die Vakuumhülle bodenseitig vervollständigenden Kollektorabschluß 9. Der Hohlkörperkern 1 besteht aus einem zylindrischen, hohlen Kupferblock mit einer Elektronenstrahleintrittsöffnung 11 und einem sich zum Auffängerboden hin sprunghaft verjüngenden Hohlraum 12. Für die Isolierhülse 2 ist das verhältnismäßig gut wärmeleitende BeO gewählt, sie besteht im vorliegenden Fall aus vier hintereinandergesetzten Teilhülsen 13.

Wie den F i g. 2 oder 3 zu entnehmen ist, befinden sich zwischen dem Hohlkörperkern 1 und der Isolierhülse 2 Blechlamellen 14. Diese Lamellen sind strahlenförmig um den Hohlkörperkern gruppiert, dabei so dicht wie möglich gepackt, und sowohl mit der Isolierhülse als auch mit dem Hohlkörperkern verlötet. Einzelne Lamellen stecken in Längsnuten 16 im Außenmantel des Hohlkörperkerns; im vorliegenden Fall nimmt jede Nut jeweils zwei Blechlamellen auf, die natürlich in radialer Richtung entsprechend größer sind als die übrigen Lamellen. Die Nuten haben deshalb doppelte Lamellendicke, weil breitere Schlitze leichter eingebracht werden können; für die Lamellen selbst wurde im vorliegenden Fall ein 0,2 mm starkes verchromtes Kupferblech gewählt — ein Kompromiß zwischen der angestrebten möglichst filigranen Struktur und der praktischen Ausführbarkeit.

Die Isolierhülse besteht vorzugsweise aus BeO₁ ist auf ihrer Innen- und Außenmantelfläche zunächst metallisiert, beispielsweise nach dem bekannten MoMn-Verfahren, und trägt auf dieser Metallisierung zusätzlich jeweils eine Kupferschicht (eine innere Kupferschicht 5 und eine äußere, den Außenkörper 3 bildende Kupferschicht). Die Dicke dieser Schichten könnte innen etwa 1 mm, außen etwa 2 mm betragen. Die geschilderte Hülsenbeschichtung hat den Vorteil, daß man als Isolierhülsen billige Keramikrohre mit größeren Toleranzen verwenden und die genauen Passungen nach dem Aufkupfern nachdrehen kann. Die innere Kupferschicht 5 trägt ihrerseits ein durch galvanische Versilberung aufgebrachtes Lot.

In den Außenkörper 3 sind, wie aus der Fig.245 ersichtlich, einzelne Kühlkanäle 17 eingebracht; diese Kanäle gehören zusammen mit Leitstücken 18, einem Rücklaufkanal 19 und den Stutzen 7 und 8 zu einem Zwangskühlungssystem mit umlaufender Kühlflüssigkeit.

Der geschilderter Auffänger kann folgendermaßen zusammengebaut werden;

Auf die mit Längsnuten versehene Manteloberflächc des Hohlkörperkerns wird als Lot eine Silberschicht galvanisch aufgebracht. Sodann werden zunächst in die Längsnuten geeignet bemessene Blechlamellen gesteckt und dann die restlichen Lamellen in die entstandenen Zwischenräume mit möglichst hoher Packungsdichte eingebracht. Hiernach wird die zusammengesteckte Einheit in ein Metall- oder Graphit-Rohr mit geringerer Wärmeausdehnung als Kupfer geschoben und dann bei etwa 800° C in einem Schutzgas-Lötofen verlötet. Das äußere, vergleichsweise formbeständige Rohr drückt während des Lötprozesses die Lamellen gegen den Hohlkörperkern, so daß eine spaltfreie Lötung entsteht. Nach Beendigung dieses ersten Lötvorgangs wird der Aufbau aus dem Rohr herausgenommen und in seinem Außendurchmesser durch spanabhebende Bearbeitung auf genaue Passung mit der Isolierhülse gebracht Die lameliierte Einheit wird dann in einem zweiten Lötvorgang mit der bereits fertig präparierten Isolierhülse verbunden.

Die Passung zwischen beiden Teilen ist dabei so gewählt, daß im kalten Zustand etwa 0,1 mm Durchmesserdifferenz bleibt. Bei diesem Spiel können die Teile leicht ineinandergeschoben werden, und es entsteht dennoch bei Löttemperatur infolge unterschiedlicher Ausdehnung eine leichte, zu einer spaltfreien Lötung führende Pressung. Größere Druckkräfte können wegen der bereits beschriebenen Verdrehung des Hohlkörperkerns relativ zur Isolierhülse nicht entstehen. Zugspannungen, die bei der Abkühlung nach dem Löten auftreten, werden dadurch in Grenzen gehalten, daß zunächst die Verdrehung zurückgeht und daß sich die Lamellen infolge ihrer duktilen Eigenschaften und ihrer filigranen Struktur dehnen können.

Verwendet man statt der geschilderten Isolierhülse eine unverkupferter Hülse 2, so wird zweckmäßigerweise beim zweiten Lötvorgang zugleich auch der Außenkörper 3 mitaufgelötet. Um bei dieser Variante Spaltenbildungen zwischen Keramikrohr und dem ebenfalls aus Kupfer bestehenden Außenkörper zu vermeiden, sollte der Außenkörper während des Lötprozesses von einer Lötform mit geringerer Ausdehnung als Kupfer (z. B. Graphit oder Stahl) umschlossen sein.

Wie aus F i g. I zu ersehen, besteht nicht nur die Isolierhülse 2 aus hintereinandergesteckten Teilhülsen 13, sondern wird der Hohlkörperkern auch aus mehreren mit Abstand hintereinandergesetzten und jeweils mit einer Teilhülse verlöteten Lamellenkränzen umfaßt. Eine solche Unterteilung empfiehlt sich bei vergleichsweise langgestreckten Auffängern, um in den einzelnen Lötstellen Scherspannungen in Richtung der Auffängerlängsachse möglichst gering zu halten. Zu diesem Zweck sind auch die einzelnen Lamellen aul ihrer mit der Hülse verbundenen Seite mit einzelner Einschnitten 21, an denen sie nicht verlötet sind versehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Elektronenstrahlauffänger für Elektronenstrahlröhren hoher Leistung, insbesonder ochleistungswanderfeldröhren, mit einem den K.ictronen· strahl aufnehmenden metallischen Hohlkörper, einem metallischen Außenkörper und einer den beiden metallischen Körpern zwischengeordneten Hülse aus elektrisch isolierendem Materia! (Isolierhülse), wobei der Hohlkörper aus einem inneren massiven Teil (Hohlkörperkern) und einem äußeren, mit elastischen Längsrippen versehenen Teil besteht und die Isolierhülse zumindest mit den Längsrippen des Hohlkörpers fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsrippen jweils aus einzeln gefertigten Blechlamellen (14) mit einer gleichmäßigen Wandstärke von weniger als 0,5 mm bestehen, die sowohl mit der Isolierhülse (2) als auch mit dem Hohlkörperkern (1) verlötet sind.

2. Elektronenstrahlauffänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörperkern (1), die Blechlamellen (14) und der Außenkörper (3) aus Kupfer und die Isolierhülse aus Beryllium-Oxid bestehen.

3. Elektronenstrahlauffänger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Blechlamellen (14) etwa 0,2 mm beträgt.

4. Elektronenstrahlauffänger nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechlamellen (14) jeweils auf ihren den benachbarten Blechlamellen zugewandten Seiten eine Chromschicht tragen.

5. Elektronenstrahlauffänger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörperkern (1) auf seiner Mantelfläche Längsnuten (16) enthält, in die jeweils eine oder mehrere Blechlamellen (14) eingebracht sind.

6. Elektronenstrahlauffänger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechlamellen (14) jeweils auf ihrer der Isolierhülse (2) zugewandten Seite mindestens einen Einschnitt (21) aufweisen.

7. Elektronenstrahlauffänger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörperkern von mindestens zwei in Richtung der Auffängerlängsachse in Abstand hintereinanderliegenden Gruppen aus; Blechlamellen (14) umfaßt ist und daß die Isolierhülse (2) aus mindestens zwei hintereinanderliegenden Teilhülsen (13) besteht, wobei eine jede Blechlamellengruppe mit je einer Teilhülse verfestigt ist.

8. Elektronenstrahlauffänger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenkörper (3) mit der Isolierhülse (2) fest verbunden, vorzugsweise der Außenmantelfläche der Isolierhülse galvanisch aufgebracht, ist.

9. Elektronenstrahlauffänger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierhülse (2) aus ihrer Innenmantelfläche eine Metallschicht, vorzugsweise aufmetallisierte Kupferschicht (5), trägt.

10. Elektronenstrahlauffänger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in den Außenkörper (3) Kühlkanäle (7) eingebracht sind.

11. Verfahren zur Herstellung eines Elektronenstrahlauffängers nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst auf die Außenumfangsfläche des Hohlkörperkerns eine Lotschicht aufgebracht wird, daß sodann die Blechlamellen um die Außenmantelfläche des Hohlkörperkerns gruppiert werden, daß hiernach die so erhaltene Einheit in ein Rohr, das einen geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das Material der Blechlamellen und des Hohlkörperkerns aufweist, geschoben und verlötet wird, daß daraufhin das Rohr wieder entfernt und die Blechlamellen einer spanabhebenden Bearbeitung zur Erzielung einer genauen Passung mit der Isolierhülse unterworfen werden und daß schließlich die innen und außen mit einer Lötschicht versehene IsolierhiÜse mit der. Blechlamellen sowie dem Außenkörper in einem zweiten Lötprozeß verlötet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgebrachte Lötschicht eine aufgalvanisierte Silberschicht ist.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechlamellen durch Stanzen aus einem großflächigen Blech hergestellt werden.

14. Verfahren nach Anspruch Ij, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechlamellen vor dem Stanzen verchromt werden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß hiervon abweichend die metallisierte Isolierhülse zunächst innen und außen mit einer Kupferschicht galvanisiert und erst dann innen mit einer Lötschicht versehen und schließlich in dem zweiten Lötprozeß mit den Blechlamellen verlötet wird.