DE69011727T2

DE69011727T2 - Verfahren zur Herstellung von Metallzylinderbauelementen für Entladungsröhren und Herstellungsverfahren für Magnetronanoden.

Info

Publication number: DE69011727T2
Application number: DE69011727T
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Matsuzaki
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-05-09
Filing date: 1990-05-03
Publication date: 1995-01-12
Anticipated expiration: 2010-05-04
Also published as: EP0397032B1; JPH03207589A; KR930000385B1; EP0397032A3; KR900019106A; EP0397032A2; US5096449A; JP2507665B2; DE69011727D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Metallzylinderelementen für Elektronenröhren sowie ein Verfahren zur Herstellung von Magnetronanoden.
Verschiedene Elektronenröhren und deren Vakuumkolben, verschiedene Elektroden, wie Anoden und Gitter, Resonanzkammern, Hochfrequenzwellenleiter usw. sind im allgemeinen teilweise mit Metallzylinderelementen versehen.
Die Anodenstruktur eines Magnetrons für z.B. einen Mikrowellenherd besteht bekanntlich aus einem Anodenzylinder, mehreren an der Innenfläche des Zylinders radial angeordneten Anodenflügeln und einer der Zahl der Flügel entsprechenden Zahl von Resonanzkammern.
Für die Anodenstruktur verwendbare Werkstoffe sind Kupfer, Aluminium usw., die Eigenschaften hoher elektrischer und Wärme-Leitfähigkeit aufweisen. Aufgrund seiner höheren Wärmebeständigkeit wird im allgemeinen Kupfer bevorzugt.
Bei einem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung der Magnetronanodenstruktur oder -anordnung werden ein Anodenzylinder einer gegebenen Länge von einem langgestreckten Zylinder oder Rohr abgeschnitten, die Innen- und Außenflächen sowie die beiden offenen Endabschnitte des Anodenzylinders zu vorbestimmten Konfigurationen spanabhebend bearbeitet bzw. abgedreht (shaved) und Anodenflügel durch Hartlöten an der Innenumfangsfläche des Zylinders angebracht.
Bei diesem Verfahren gestaltet sich jedoch die Herstellung des Zylindermaterials bzw. -werkstücks arbeitsaufwendig, und wenn dessen Maßgenauigkeit nicht ausreichend hoch ist, muß der fertiggestellte Zylinder erneut auf die erforderlichen Innen- und Außendurchmesser eines Anodenzylinders nachgearbeitet werden, was unweigerlich eine Erhöhung der Kosten für das Erzeugnis bedeutet.
Aus diesem Grund ist bereits ein Verfahren zur Herstellung der Magnetronanode in der Praxis eingesetzt worden; dabei wird ein Anodenzylinder durch Rollen einer Platte oder eines Materials (Werkstücks) und Verschweißen seiner gegenüberliegenden Endabschnitte geformt. Bei diesem Verfahren ist die Fertigung der Platte einfach; der Zylinder kann auf einen gewünschten Durchmesser geformt werden, und die Plattendicke kann während des Walz- oder Rollvorgangs eingestellt werden. Damit können die Erzeugnis- oder Stückkosten wirksam gesenkt werden.
Die Fig. 1(a) bis 1(k) zeigen die Vorgänge oder Schritte beim herkömmlichen Fertigungsverfahren, wie es in der US-A-4 570 843 (vom 18.2.1986) offenbart ist. Gemäß Fig. 1(a) wird zunächst ein langgestrecktes (Blech-) Band auf eine vorbestimmte Länge 1 geschnitten, um ein(e) Kupferblech oder -platte zu erhalten. Die Dicke t1 der Platte 1 ist dabei nur etwas dicker als die Wanddicke des Anodenzylinders als Erzeugnis, und ihre Länge 1 ist gleich groß oder geringfügig größer als die Umfangslänge seiner mittleren (medial) Linie. Die Platte 1 ist ein Hexaeder, dessen benachbarte Flächen grundsätzlich rechtwinkelig zueinander liegen.
Der Anodenzylinder wird aus der Platte 1 in den folgenden Schritten geformt; zuletzt werden Anodenflügel durch Hartlöten am Zylinder angebracht.
Die einzelnen Vorgänge bzw. Schritte sind nachfolgend der Reihe nach beschrieben. Gemäß Fig. 1(b) wird die Platte 1 zu einem Zylinder 2 gerollt. In dieser Stufe stehen die gegenüberliegenden End- oder Stirnflächen der Platte 1 im Zylinder noch nicht voll in inniger Berührung miteinander, vielmehr liegt zwischen ihnen ein V-förmiger Spalt S1 vor.
Nach einem Ziehen oder Reduktionsformen des Zylinders 2 wird dieser auf Raumtemperatur abgekühlt, wobei ein Zylinder 3 gemäß Fig. 1(c) erhalten wird. In diesem Vorgang wird der Spalt S3 der Naht 6 auf eine sehr kleine Größe eingestellt.
Sodann wird der Zylinder 4 in einem Preßformvorgang gemäß Fig. 1(d) einer axialen Preßkraft unterworfen, um seine Wanddicke und Unrundheit zu korrigieren. Dabei wird ein in Fig. 1(e) gezeigter Zylinder 5 erhalten. In Fig. 1(d) sind mit den Ziffern 7, 8 und 9 ein Preß- Stempel, eine feststehende Ziehform oder Matrize bzw. eine Preßbüchsen/Austreibereinheit (die-and-knockout) bezeichnet.
Danach wird der Zylinder 5 zu einem Arbeitsgang spanender Bearbeitung (shaving) der offenen Endabschnitte sowie seiner Innen- und Außenumfangsflächen auf vorbestimmte Formen und Maße überführt (vgl. Fig. 1(f)).
Hierauf wird auf den Zylinder 5 eine diametral nach außen wirkende externe Kraft W2 zur Bildung eines Spalts S4 an der Naht 10 zur Einwirkung gebracht (vgl. Fig. 1(g)). Gemäß Fig. 1(h) wird daraufhin die Gesamtoberfläche des Zylinders 11, einschließlich der Innenseite der Naht 10, entfettet und gewaschen bzw. gereinigt.
Im Anschluß daran wird gemäß Fig. 1(i) Hartlot 12 in die Naht 10 eingebracht.
Nach dem Einbringen des Hartlots 12 auf diese Weise kann dieses durch die Rückfederkraft des Zylinders 11 bei Aufhebung der externen Kraft in seiner Lage gehalten werden. Dieser Zustand ist in Fig. 1(j) dargestellt.
Schließlich wird gemäß Fig. 1(k) ein Hartlötschritt durchgeführt.
Für dieses Fertigungsverfahren wird jedoch eine große Menge an vergleichsweise teurem Silber- oder Goldlot benötigt. Wenn dabei ein enger Spalt an der Naht 10 zurückbleibt, ist zudem die Hartlötung unvollkommen so daß keine Luftdichtheit gewährleistet ist.
Aus diesem Grund ist z.B. in der JP-Patentveröffentlichung 156635/81 ein Verfahren zum Schweißen der Naht mittels eines Hochenergiestrahls, etwa eines Elektronenstrahls, anstelle des Hartlötens der Naht offenbart.
Bei diesen Fertigungsverfahren bleiben jedoch örtlich von den Innen- und Außenumfangsflächen einer Magnetronanode abstehende Schweißwülste zurück, so daß die Wanddicke für zufriedenstellende Unrundheit (bzw. Rundheit) nicht ausreichend gleichmäßig ist. Die Schweißwülste müssen daher im Endschritt spanabhebend entfernt werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines hochqualitativen Metallzylinderelements für eine Elektronenröhre mit hoher Luftdichtheit und Verschluß- oder Abdichtleistung sowie mit gleichmäßiger Dicke und verbessertem Rundheitsgrad, ohne daß dabei etwaige örtliche Vorsprünge an seinen Innen- und Außenumfangsflächen zurückbleiben, sowie eines Verfahrens zur Herstellung einer Magnetronanode.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Metallzylinderelements einer Elektronenröhre umfaßt die Schritte eines Rollens einer Metall(blech)platte zu einem Zylinder, eines Ziehens oder Reduktionsformens des Zylinders, eines Schweißens der Naht des reduktionsgeformten Zylinders mittels eines Hochenergiestrahls sowie eines Preßformens des so erhaltenen Zylinders in seiner Axialrichtung unter Begrenzung seiner Innen- und Außenumfangsflächen, wobei das Preßformen dem Ziehen oder Reduktionsformen entsprechend durchgeführt wird.
Als Werkstoffe für das Metallzylinderelement können Eisen, Nickel, Kupfer, Molybdän, Aluminium und verschiedene Legierungen verwendet werden.
Beim Verfahren zur Herstellung eines Metallzylinderelements gemäß dieser Erfindung umfaßt der Schritt des Schließens der Naht durch Strahlschweißen das längsweise Anordnen einer Anzahl von dem Schweißen zu unterwerfenden Zylindern in der Weise, daß benachbarte Enden der Zylinder sich in inniger Berührung oder Anlage miteinander befinden, wobei die sich in einer geraden Linie erstreckenden jeweiligen Nähte der Zylinder aufeinanderfolgend dem Strahlschweißen unterworfen werden. Ferner wird die Leistung des auf die Naht eines jeden Zylinders aufgestrahlten Hochenergiestrahls so geregelt, daß sie in der Anfangsstufe des Schweißens eines jeden Zylinders höher und in der späteren Stufe niedriger ist.
Bei diesem Herstellungsverfahren erfolgt somit das Preßformen, nachdem die Naht nach dem Reduktionsformen mittels des Hochenergiestrahls geschweißt (worden) ist. Infolgedessen kann ein hochqualilativer Metallzylinder einer Elektronenröhre mit gleichmäßiger Dicke und verbessertem Rundheitsgrad höchst wirtschaftlich hergestellt werden.
Da insbesondere das Preßformen unter Begrenzung (oder Einschluß) der Innen- und Außenumfangsflächen des Metallzylinders nach dem Strahlschweißen stattfindet, können örtliche Erhebungen oder Vertiefungen an bzw. in den Oberflächen des Zylinders vermieden werden.
Gemäß der zweiten Aufgabe dieser Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Herstellung einer Magnetronanode die Schritte eines Rollens einer Kupfer(blech)platte zu einem Zylinder, des Ziehens oder Reduktionsformens des Zylinders, des Schweißens der Naht des reduktionsgeformten Zylinders mittels eines Hochenergiestrahls, des Preßformens des so erhaltenen Zylinders in seiner Axialrichtung unter Begrenzung seiner Innen- und Außenumfangsflächen, um damit einen Anodenzylinder fertigzustellen, und des radialen Befestigens einer Anzahl von Anodenflügeln an der Innenseite des Zylinders.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Magnetronanode wird der Hochenergiestrahl für das Schweißen diagonal zur und längs der Längsebene der Naht aufgestrahlt. Ferner umfaßt der Schritt des Schweißens der Naht mittels des Hochenergiestrahls das längsweise Anordnen einer Anzahl von dem Schweißen zu unterwerfenden Zylindern in der Weise, daß die benachbarten Enden der Zylinder in inniger Berührung miteinander stehen, wobei die sich in einer geraden Linie erstreckenden jeweiligen Nähte der Zylinder aufeinander folgend dem Strahlschweißen unterworfen werden.
Mit diesem Herstellungsverfahren kann mithin die gleiche Wirkung wie beim oben umrissenen Verfahren zur Herstellung des Metallzylinderelements erzielt werden.
Ein besseres Verständnis dieser Erfindung ergibt sich aus der folgenden genauen Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
Fig. 1(a) bis 1(k) perspektivische Darstellungen bzw. Schnittansichten zur Darstellung der Vorgänge bei einem bisherigen Verfahren zur Herstellung eines Metallzylinderelements einer Elekronenröhre,
Fig. 2(a) bis 2(i) perspektivische Darstellungen bzw. Schnittansichten zur Darstellung der Vorgänge bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Metallzylinderelements einer Elekronenröhre,
Fig. 3 eine Schnittansicht eines Vorgangs des Schneidens eines langgestreckten Materialstücks,
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines Plattenstücks,
Fig. 5 eine schematische Schnittdarstellung eines Beispiels eines Rollvorgangs,
Fig. 6 eine Schnittansicht eines Beispiels eines im Rollvorgang erhaltenen Zylinders,
Fig. 7 eine Schnittansicht zur Darstellung eines Beispiels eines Reduktionsformvorgangs,
Fig. 8(a) bis 8(c) Querschnittansichten verschiedener Beispiele der im Reduktionsformvorgang erhaltenen Zylinderform,
Fig. 9 eine Querschnittansicht zur Darstellung eines Beispiels eines Strahlschweißvorgangs,
Fig. 10(a) und 10(b) eine Halbschnittansicht bzw. ein Strahlleistungs-Regeldiagramm zur schematischen Darstellung des Strahlschweißvorgangs,
Fig. 11 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene (Teil-) Querschnittdarstellung eines Schweißbereichs des mittels des Strahlschweißvorgangs erhaltenen Zylinders,
Fig. 12 eine Querschnittansicht zur Veranschaulichung des Zustands des Zylinders vor Beginn eines Preßformvorgangs,
Fig. 13 eine Querschnittansicht zur Veranschaulichung des Zustands des Zylinders nach Abschluß des Preßformvorgangs,
Fig. 14 eine zur Hälfte im Schnitt gehaltene Darstellung des im Preßformvorgang erhaltenen Zylinders,
Fig. 15 eine Schnittansicht zur Darstellung eines Beispiels eines Abtrage- oder Zerspanungsvorgangs (im folgenden als Abdrehen bezeichnet),
Fig. 16 eine zur Hälfte im Schnitt gehaltene Darstellung eines durch den Abdrehvorgang erhaltenen Anodenzylinders und
Fig. 17 eine perspektivische Darstellung einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren fertiggestellten Magnetronanode.
Im folgenden ist ein Verfahren zur Herstellung eines Metallzylinderelements einer Elektronenröhre gemäß dieser Erfindung in Anwendung auf eine Anodenstruktur eines Magnetrons für einen Mikrowellenherd im einzelnen beschrieben.
Bei dem (der) nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Metallzylinderelement bzw. Magnetronanodenstruktur sind gemäß Fig. 17 mehrere Anodenflügel 22 radial an der Innenumfangswandfläche eines Anodenzylinders 21 befestigt. Dabei ist der Zylinder 21 aus sauerstofffreiem Kupfer oder einer Kupferlegierung (im folgenden einfach als Kupfer bezeichnet) hergestellt. Eine Naht zwischen den beiden axial verlaufenden, zueinander parallelen Endflächen des Zylindermaterials ist mittels eines Hochenergiestrahls, etwa eines Laser- oder Elektronenstrahls, luftdicht verschweißt (worden).
Der Strahlschweißbereich, der ohne nach innen oder außen vorzustehen geformt ist, ist mit dem Symbol B bezeichnet.
Die Fig. 2 bis 15 veranschaulichen das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Magnetronanode. Die Fig. 2(a) bis 2(i) verdeutlichen die Vorgänge oder Schritte bei diesem Verfahren. Vor der genaueren Beschreibung der einzelnen Schritte sind diese zunächst kurz in ihrer Reihenfolge erläutert.
Zunächst wird ein langgestrecktes Kupfer-Band auf eine vorbestimmte Länge 1 geschnitten, wobei gemäß Fig. 2(a) eine Platte 26 einer Dicke t1 erhalten wird.
Das Plattenstück 26 wird sodann gemäß Fig. 2(b) zu einem Zylinder 27 gerollt. In dieser Phase stehen die gegenüberliegenden Stirn- bzw. Endflächen 23a der Platte 26 nicht vollständig in inniger Berührung miteinander, vielmehr verbleibt dazwischen ein V-förmiger Spalt S1.
Nach Durchführung eines Zieh- oder Reduktionsformvorgangs wird der Zylinder 27 auf Raumtemperatur abgekühlt (vgl. Fig. 2(c)). In diesem Vorgang ist der Spalt S2 der Naht 23 auf eine Breite innerhalb eines vorbestimmten (noch anzugebenden) Bereichs verkleinert (worden).
Danach wird der Zylinder 27 entfettet und gewaschen oder gereinigt, um Bearbeitungsöl oder Fremdkörper, die am Zylinder haften, zu entfernen (vgl. Fig. 2(d)). Da an der Naht 23 der Spalt S2 vorhanden ist, kann die Innenseite der Naht gleichzeitig entfettet und gewaschen oder gereinigt werden.
Anschließend wird gemäß Fig. 2(e) zum Schließen des Spalts S2 eine Druckkraft W1 auf den Zylinder 27 ausgeübt; auf die geschlossene Naht 23 wird ein Laserstrahl aufgestrahlt, um damit das Kupfer zum Verschweißen örtlich anzuschmelzen, worauf der Schweißbereich abgekühlt wird. Auf diese Weise wird ein Zylinder 27 mit luftdicht geschlossener Naht erhalten.
In einem Preßformvorgang entsprechend (which doubles as) einem Reduktionsformvorgang wird dann der Zylinder 27 gemäß Fig. 2(f) einer axialen Druck- oder Preßkraft zur Herbeiführung einer plastischen Verformung unterworfen, derart, daß an den offenen Enden des Zylinders erforderliche oder vorgesehene abgestufte Abschnitte 27a und 27b (vgl. Fig. 2(g)) entstehen. Auf diese Weise können Wanddicke und Rundheitsgrad vergleichmäßigt werden. In Fig. 2(f) stehen die Ziffern 51, 59 und 61 für einen Preß-Stempel, eine feststehende Ziehform oder Matrize bzw. eine Preßbüchsen/Austreibereinheit.
Hierauf wird der Zylinder 27 zu einem Vorgang zum Abdrehen der offenen Endabschnitte sowie der Innen- und Außenumfangsflächen des Zylinders 27 auf vorbestimmte Formen und Maße überführt (vgl. Fig. 2(g)). In Fig. 2(g) ist mit der Ziffer 73 ein Zerspanungswerkzeug bezeichnet.
Im Anschluß daran wird der Zylinder 27 gemäß Fig. 2(h) gründlich gewaschen oder gereinigt.
Schließlich erfolgt gemäß Fig. 2(i) ein Prüfvorgang.
Die erwähnte Magnetronanodenstruktur kann durch Befestigung der Anodenflügel an der auf diese Weise fertiggestellten Magnetronanode erhalten werden.
Die einzelnen Verfahrensschritte oder Vorgänge sind im folgenden im einzelnen beschrieben.
Zunächst wird gemäß den Fig. 3 und 4 das langgestreckte Kupferband 24 mit Hilfe eines Messers 25 auf vorbestimmte Länge 1 geschnitten, um ein Plattenstück 26 zu erhalten. Die Dicke t1 des geschnittenen Plattenstücks 26 ist geringfügig größer als die Wanddicke des Anodenzylinders 21 als Erzeugnis (vgl. Fig. 16), und seine Länge 1 ist gleich groß oder geringfügig größer als die Umfangslänge seiner mittleren Linie (medial line). Die Platte 26 ist ein Hexaeder, dessen benachbarte Flächen grundsätzlich unter rechten Winkeln zueinander liegen.
Im Rollvorgang wird sodann gemäß Fig. 5 die Platte 26 zwischen eine Kernstabrolle 31 und eine Umfangsrolle 32 aus einem hochelastischen Werkstoff, wie Polyurethangummi, eingeführt, wobei diese Rollen, wenn sie unter einem Druck von einigen 20 oder 100 kg oder mehr aneinander anliegen, eine Rollvorrichtung bilden.
Die zweckmäßige Shore-Härte der Umfangsrolle 32 liegt im Bereich von 80 bis 95. Die Rolle 32 wird mit einer Antriebskraft in Richtung eines Pfeils 33a in Drehung versetzt. Die Kernstabrolle 31 ist ein Hartmetallgebilde, dessen Außendurchmesser etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des Anodenzylinders 21. Die Rolle 31, auf welche keine Antriebskraft ausgeübt wird, kann durch eine von der Umfangsrolle 32 übertragene Kraft in Richtung eines Pfeils 33b in Drehung versetzt werden.
Durch diesen Rollvorgang wird die Platte 26 gemäß Fig. 6 im wesentlichen zylindrisch verformt. Die Abschnitte des so erhaltenen Zylinders 27, die nahe an den beiden Endflächen 23a liegen, verbleiben dabei gerade (ungewölbt).
Wenn in der Stufe, in welcher das Rollen der Platte 26 auf der Außenumfangsfläche der Kernstabrolle 31 einsetzt, eine Begrenzungs- oder Einschlußkraft auf die Außenumfangsfläche der Platte 26 zur Einwirkung gebracht wird, können die gegenüberliegenden Endabschnitte im Bereich der Endflächen 23 stärker gerundet sein als in dem in Fig. 6 gezeigten Fall.
Im Rollvorgang wird somit ein primäres Werkstück oder ein Zylinder 27 erhalten. Das Rollverfahren ist jedoch nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt; das Plattenstück kann auch mit Hilfe von z.B. in vier Richtungen angeordneten Gleitbacken gerollt werden.
Im folgenden ist der Zieh- oder Reduktionsformvorgang beschrieben.
In diesem Vorgang wird beispielsweise der Außendurchmesser des Zylinders 27 in einem Hub in zwei aufeinanderfolgenden Schritten mittels einer Kaltzieh- oder Extrusionsvorrichtung reduziert (vgl. Fig. 7). In dieser Vorrichtung ist ein Stempel 40 im oberen Bereich von Fig. 7 so angeordnet, daß er aufwärts und abwärts bewegbar ist, während eine Führung 41 zum Positionieren des primären Werkstücks oder Zylinders 27, eine Vorreduzier-Preßform 42, ein Führungsabstandstück 43, eine zweite Reduzierpreßform 44 und eine Basis 45 schichtartig übereinanderliegend im unteren Bereich angeordnet sind. Der Außendurchmesser d1 des Stempels 40 entspricht im wesentlichen dem Innendurchmesser des Anodenzylinders 21 als Fertigerzeugnis, und der kleinste Innendurchmesser d3 der zweiten Preßform 44 ist kleiner als der kleinste Innendurchmesser d2 der ersten Preßform 42.
Die Innendurchmesser d2 und d3 sowie der Außendurchmesser d1 des Stempels 40 sind so gewählt, daß die Größe der Dickenreduktion des Zylinders 27, wenn das primäre Werkstück auf den Stempel 40 aufgesetzt ist und die einzelnen Preßformen passiert, (d.h. das Dickenreduktionsverhältnis nach dem Durchgang durch jede Preßform in bezug auf die ursprüngliche Dicke) 3% oder weniger beträgt.
Der Stempel 40 ist mit Anschlagteilen 46 und 47 versehen. Die Dickenreduktionsgrößen bei erster und zweiter Reduktionspreßform 42 bzw. 44 betragen vorzugsweise etwa 2% bzw. 3%.
Zunächst wird der Zylinder 27 in die Führung 41 eingesetzt, worauf der Stempel 40 in den Zylinder 27 hinein herabgefahren wird. Dabei wird der Zylinder 27 durch das Anschlagteil 46 in einem Hub durch zwei aufeinanderfolgende Reduktionspreßformen 42 und 44 hindurchgetrieben. Dabei wird der in strichpunktierten Linien eingezeichnete, reduktionsgeformte Zylinder 27 erhalten. Eine kleine Menge an Werkstoff, der längs der Axialrichtung abgetragen worden ist, bleibt auf dem Abschnitt der Außenumfangsfläche des Stempels 40 zurück, der sich vom einen Anschlagteil 46 zum anderen Anschlagteil 47 erstreckt.
Durch diese Kaltzieh- oder Reduktionsverformung wird der Werkstoff des Zylinders 27 zu einem plastischen Fließen in der Axial- und Umfangsrichtung gebracht, wie dies durch zwei Pfeile 48 in Fig. 8(a) angedeutet ist, so daß der V-förmige Spalt G an der Naht 23 zwischen den gegenüberstehenden Endflächen des Zylinders 27 von beiden Seiten her fortlaufend geschlossen wird. Sodann wird gemäß Fig. 8(b) der V-förmige Spalt G von der Seite der Innenumfangsfläche her zur mittleren Linie hin verengt und schließlich geschlossen. Nachdem der Zylinder 27 aus der Formvorrichtung herausgenommen worden ist, bleibt gemäß Fig. 8(c) aufgrund einer im Werkstoff zurückbleibenden Rückfederkraft an der Naht 23 ein Spalt S2 einer vorbestimmten Größe zurück. Wenn der Durchmesser d1 beispielsweise etwa 38 mm beträgt, liegt die Größe des Spalts S2 im Bereich von etwa 0,03 bis 0,35 mm.
Bei dieser Reduktionsformung erwärmt sich das Werkstück auf eine hohe Temperatur (in ºC), weshalb es durch Ölkühlung oder natürliche Kühlung auf eine Temperatur im Bereich der Raumtemperatur abgekühlt wird.
Der Reduktionsformvorgang ist nicht auf die Verwendung der Vorrichtung und die Anwendung des Verfahrens gemäß Fig. 7 beschränkt, vielmehr kann ein Einzelhub- und Einschritt-Ziehen oder -Reduktionsformen zweimal oder öfter wiederholt werden, oder es kann ein Einzelhub- und Mehrschritt-Reduktionsformen unter Verwendung von drei oder mehr Reduktionspreßformen oder eine Kombination dieser Verfahren angewandt werden.
Nach dem beschriebenen Reduktionsformvorgang wird der Zylinder 27 entfettet und gewaschen oder gereinigt, um Bearbeitungsöl oder Fremdkörper, die am Zylinder haften, gründlich zu entfernen. Dabei ist der Nahtabschnitt 23 zwischen den gegenüberstehenden Endflächen des Zylinders 27 unter Bildung eines Spalts S2 einer vorbestimmten Größe (0,03 bis 0,35 mm) etwas geöffnet, so daß die Innenseite der Naht gleichzeitig entfettet und gewaschen oder gereinigt werden kann.
Als nächstes wird gemäß den Fig. 9, 10(a) und 10(b) ein Laserstrahl 28 auf den Nahtabschnitt 23 des Zylinders 27 aufgestrahlt, wodurch das Kupfer zum Verschweißen örtlich angeschmolzen wird; auf diese Weise wird der luftdicht geschweißte Zylinder 27 erhalten. Zu diesem Zweck werden mehrere zu schweißende Zylinder 27 längsweise so angeordnet, daß ihre benachbarten End- oder Stirnflächen in inniger Berührung miteinander stehen. Mit Hilfe von zwei Armen 49a und 49b eines Druckblocks 49 wird zum Schließen des Spalts S2 eine Druckkraft W1 auf jeden Zylinder 27 ausgeübt. Der Druckblock 49 weist Anschlagflächen 49c auf, durch welche die Ausübung eines übermäßig großen Drucks auf den Zylinder 27 verhindert wird. Die jeweiligen Nähte der einzelnen Zylinder sind dabei in einer geraden Linie angeordnet.
Im Inneren des Zylinders 27 wird oder ist eine Wanne 50 angeordnet, um ein unerwünschtes Anhaften von geschmolzenem Werkstoff an der unteren Innenfläche des Zylinders beim Schweißen zu vermeiden.
Gemäß Fig. 10(a) wird der Laserstrahl 28 auf jeden Zylinder 27 diagonal (schräg) zu seiner Achse z, d.h. zur Längsebene der Naht 23 aufgestrahlt. Gemäß Fig. 10(a) wird der Strahl beispielsweise unter einem Winkel θ von etwa 20º zur Linie x, die senkrecht zur Achse z steht, aufgestrahlt. Auf diese Weise kann verhindert werden, daß der von der Werkstoffoberfläche reflektierte Laserstrahl zu einem Laseroszillator zurückläuft. Auf diese Weise kann eine genaue Leistungsregelung des Laseroszillators sichergestellt werden.
Zur Verwendung beim Kupferwerkstoff eignet sich insbesondere ein Kohlendioxid- (CO&sub2;-)Laser einer vergleichsweise großen Wellenlänge.
Daraufhin wird gemäß Fig. 10(b) der Strom oder die Leistung für den Laserstrahl vor dem Erreichen der Stirnfläche a des ersten Zylinders 27 eingeschaltet, und die Zylinder 27 werden gemäß Fig. 10(a) in der Richtung eines Pfeils R verschoben. Wenn der Laserstrahl die Stirnfläche a des ersten Zylinders 27 erreicht, wird die Laserleistung vorübergehend erhöht, um anschließend fortlaufend oder allmählich verringert zu werden. Beim Schweißen des hinteren Abschnitts des Zylinders 27 wird somit der Laserstrahl so gesteuert oder geregelt, daß die Leistung konstant bleibt.
Wenn die Aufstrahlposition die Stirnfläche b des nächsten Zylinders 27 erreicht, wird die Laserleistung wiederum erhöht und auf die gleiche Weise wie vorher geregelt. Nach dem Passieren der Stirnfläche e des letzten Zylinders 27 wird der Strom bzw. die Leistung abgeschaltet. Obgleich die Zylinder 27 eng aneinander anliegen, kann daher ein zufriedenstellendes Schmelzen oder Schweißen auch in der Nähe des Anfangsstufen-Endabschnitts des in späterer Stufe angeordneten Zylinders 27, welcher weniger Wärme leitet und eine niedrigere Temperatur aufweist, erreicht werden. Auf diese Weise kann die gesamte Naht 23 durch Schmelzschweißen vollständig geschlossen werden. Vorzugsweise wird der Laserstrahl 2 so aufgestrahlt, daß sich sein Brennpunkt P innerhalb des Zylinderwerkstoffs in einer Tiefe Q unterhalb der Oberfläche des Zylinders 27 befindet.
Bei Verwendung eines Zylinders 27, bei dem die Wanddicke, der Durchmesser und die axiale Länge des Kupferwerkstoffs beispielsweise etwa 2 mm, 38 mm bzw. 28 mm betragen, besitzt der Strahlbrennpunkt P des CO&sub2;-Lasers zweckmäßig einen Durchmesser im Bereich von 0,2 bis 0,4 mm; die zweckmäßige Strahlausgangsleistung liegt im Bereich von 3 bis 10 kW, während die zweckmäßige Bewegungs- oder Verschiebegeschwindigkeit des Zylinders 27 im Bereich von 5 bis 10 cm/s liegt.
Nach dem Verschließen ihrer jeweiligen Nähte 23 durch Schweißen sind die einzelnen Zylinder 27 an ihren Schweißbereichenbereichen miteinander verbunden. Durch Verdrehen der aneinander anliegenden Stirnflächen b, c, d ... können die Zylinder 27 jedoch einfach voneinander getrennt werden. Dabei kann ein Zylinder 27 in dem in Fig. 11 gezeigten geschweißten Zustand erhalten werden. Wie in Fig. 11 schematisch dargestellt, ist in einem Querschnitt des Schweißbereichs B eine Schmelzschicht 29 vorhanden, die sich fortlaufend von der Außenumfangsfläche des Zylinders 27 zu seiner Innenumfangsfläche erstreckt. Der Schweißbereich ist somit sowohl physikalisch als auch mechanisch stabil.
Wie ferner aus Fig. 11 hervorgeht, sind an den Innen- und Außenumfangsflächen des Schweißbereichs B kleine konvexe Wülste 30 aus Schweißmetall vorhanden. Je nach den Schweißbedingungen oder der Druckkraft der Naht 23 können andererseits auch konkave Wülste geformt sein.
Der beim Strahlschweißen benutzte Hochenergiestrahl ist nicht auf einen Laserstrahl beschränkt, sondern kann auch ein thermischer oder Wärmestrahlungsstrahl oder ein Elektronenstrahl sein. Laser- oder Wärmestrahlungsstrahlschweißung muß in einem Vakuum oder einer Inertgasatmosphäre durchgeführt werden, um eine Oxidation des Zylinderwerkstoffs oder den Einschluß von Luft o.dgl. im angeschmolzenen Schweißbereich zu verhindern. Der Strahl kann auf die Außen- oder auch die Innenfläche des Zylinders 27 aufgestrahlt werden.
Anschließend wird der Preßformvorgang mittels der Vorrichtung und der Verfahrensschritte gemäß den Fig. 12 und 13 durchgeführt, wobei ein Anodenzylinder 27 erhalten wird, der gemäß Fig. 14 abgestufte zylindrische Abschnitte 27a und 27b einer gegebenen Form längs der betreffenden Innenumfänge der beiden offenen Endabschnitte aufweist.
Fig. 12 veranschaulicht den Zustand unmittelbar vor Beginn des Preßformvorgangs, während Fig. 13 den Zustand nach Abschluß des Preßformvorgangs veranschaulicht. Die Preßformvorrichtung umfaßt einen säulenförmigen Stempel 51, eine langgestreckte Ziehform oder Matrize 52 sowie eine Führung 53 zum Führen des dem Reduktionsformvorgang unterworfenen und das Werkstück bildenden Zylinders 27. Der Stempel 51 weist einen Hauptsäulenabschnitt 54 eines vorbestimmten Außendurchmessers Dp und zwei Anschlagabschnitte 55 und 56 auf, die in einer Höhe Hb, die größer ist als die Höhe Ha des Zylinders 27, oberhalb des distalen (unteren) Endes des Stempels angeformt sind. Der Außendurchmesser Dp des Hauptsäulenabschnitts 54 entspricht dem Innendurchmesser des Anodenzylinders 21 als Enderzeugnis. Die Anschlagabschnitte 55 und 56 sind Säulenabschnitte, deren Außendurchmesser um mindestens zwei Stufen größer sind als der Außendurchmesser Dp des Hauptsäulenabschnitts 54. Der erste Anschlagabschnitt 55 ist ein abgestufter Abschnitt, der - wie noch näher beschrieben werden wird - dazu dient, im Preßformvorgang einen umfangsmäßig abgestuften Abschnitt 27a längs des Innenumfangs des einen offenen Endabschnitts des Zylinders 27 auszubilden.
Die Führung 53 weist eine zentrale Bohrung 57 auf, in welche der Zylinder 27 passend einsetzbar ist.
Der Außendurchmesser des Zylinders 27, als Werkstück, ist mit Da bezeichnet. In diesem Zustand besitzt der Zylinder 27 einen solchen Innendurchmesser, daß der Hauptsäulenabschnitt 54 des Stempels 51 in den Zylinder 27 einführbar ist.
In der Ziehform oder Matrize 52 ist eine feststehende Ziehform 59 auf einer Basis 58 der Vorrichtung angeordnet, während die Preßbüchsen-Austreibereinheit 61 als bewegbare Ziehform mit enger Passung in den unteren Abschnitt einer Formbohrung 60 im Mittelbereich der festen Ziehform 59 so eingepaßt ist, daß sie mittels eines Kraft- oder Druckzylinders 62 lotrecht verschiebbar ist. Der Durchmesser der Bohrung 60 ist in Graden (Abstufungen) geringfügig verkleinert. Die Führung 53 ist koaxial auf die feststehende Ziehform 59 aufgesetzt. Form und Durchmesser Db der Formbohrung 60 der festen Ziehform 59 bestimmen die Außenumfangsform und den Außendurchmesser des Anodenzylinders 21 als Fertigerzeugnis. Der Durchmesser Db ist geringfügig kleiner als der Außendurchmesser Da des Werkstück-Zylinders 27.
Das der Führung 53 zugewandte obere Ende der Formbohrung 60 ist durch eine gekrümmte bzw. gerundete Fläche 60a festgelegt. Die in eine untere Bohrung 63 der feststehenden Ziehform 59 eingesetzte oder eingepaßte Preßbüchsen/Austreibereinheit 61 dient zum Halten bzw. Abstützen der unteren Stirnfläche des Zylinders 27 und im Zusammenwirken mit dem Stempel 51 zum Verspannen der Stirnfläche für das Preßformen.
Die Preßbüchsen/Austreibereinheit 61 dient auch dazu, den Zylinder 27 nach oben und (aus der Ziehform) heraus zu treiben, um ihn damit nach dem Formvorgang von der feststehenden Ziehform 59 zu trennen. Zu diesem Zweck ist am oberen Endabschnitt der Preßbüchsen/Austreibereinheit 61 ein kurzer zylindrischer Aufnahmeabschnitt 64 vorgesehen, in den der distale Endabschnitt des Stempels 51 mit enger Passung einführbar ist. Der Innendurchmesser Ds des Aufnahmeabschnitts 64 ist dabei gleich groß oder geringfügig größer als der Außendurchmesser Dp des Stempels 51.
Um den Aufnahmeabschnitt 64 herum ist ein umlaufender, abgestufter Abschnitt 65 vorgesehen, der eine vorbestimmte Tiefe und einen Außendurchmesser Dt (einer Größe) zwischen dem Innendurchmesser Db der Formbohrung 60 und dem Innendurchmesser Ds des Aufnahmeabschnitts 64 aufweist. Im zentralen Bereich der Preßbüchsen/Austreibereinheit 61 ist eine Entlüftungsbohrung 61a ausgebildet. Die genannte Einheit 61 ist während des Preßformvorgangs auf der Basis 58 gehalten, und sie wird nach dem Formvorgang zum Heraustreiben des Zylinders 27 durch den Druckzylinder 62 hochgedrückt.
Im Preßformvorgang wird der Werkstück-Zylinder 27 auf den Hauptsäulenabschnitt 54 des Stempels 51 aufgeschoben und durch den an ihm angreifenden ersten Anschlagabschnitt 55 abwärts verschoben und in die Formbohrung 60 der festen Ziehform 59 eingeführt. Während der Zylinder 27 die Bohrung 60 passiert, wird er einer Zieh- oder Reduktionsverformung in der Axialrichtung unterworfen, wobei seine Wanddicke etwas reduziert wird. Gleichzeitig wird der Zylinder 27 einer axialen Preßkraft in der Weise unterworfen, daß seine Innen- und Außenumfangsflächen durch den Stempel 51 und die feststehende Ziehform 59 festgehalten und begrenzt werden, während seine gegenüberliegenden Endabschnitte jeweils zwischen dem Anschlagabschnitt 55 des Stempels 51 und dem Aufnahmeabschnitt 64 der Preßbüchsen/Austreibereinheit 61 festgehalten werden bzw. festgelegt sind.
Nachdem die Innen- und Außenumfangsflächen sowie die offenen Endabschnitte des Zylinders 27 auf diese Weise durch den Stempel 51 und die feststehende Ziehform 59 festgehalten und begrenzt worden sind, wird der Stempel 51 weiter herabgefahren, um ein plastisches Fließen im Zylinderwerkstoff herbeizuführen und damit das Preßformen zu bewirken. Daraufhin sind gemäß Fig. 13 der Anschlagabschnitt 55 des Stempels 51 und der Aufnahmeabschnitt 64 der Preßbüchsen/Austreibereinheit 61 in der Axialrichtung des Zylinders 27 bis zu einer vorbestimmten Tiefe in das obere bzw. untere Ende des Zylinders 27 eingetrieben.
Nach Abschluß dieses Preßformvorgangs werden der Stempel 51 hochgefahren und der Druckzylinder 62 zum Auswerfen des preßgeformten Zylinders 27 ausgefahren (vgl. Fig. 14). Mittels dieses Vorgangs, der sowohl das Ziehen bzw. Reduktionsformen als auch das Preßformen umfaßt, kann der konvexe Schweißmetall-Wulst 30 beseitigt werden, so daß der Zylinder 27 (dann) verbesserte Rundheit und gleichmäßige Wanddicke über seinen gesamten Umfang und seine gesamte Tiefe hinweg aufweist. Außerdem können mittels des Anschlagabschnitts 55 des Stempels 51 sowie des Aufnahmeabschnitts 64 der Preßbüchsen/Austreibereinheit 61 die umlaufenden abgestuften Abschnitte 27a und 27b des Zylinders 27 gleichzeitig an dessen beiden offenen Endabschnitten geformt werden.
Nachdem er dem beschriebenen Preßformvorgang unterworfen worden ist, weist der Zylinder 27 an einem oder beiden der offenen Enden geringfügige Grate oder rauhe Flächen auf, die dem Überschußwerkstoff zuzuschreiben sind. Diese Grate oder rauhen Flächen werden abgetragen (abgedreht), um den Zylinder in die für den Anodenzylinder 21 erforderliche Form fertig zu bearbeiten. Zu diesem Zweck wird ein Abdrehvorgang (shaving process) vorgenommen.
Im Abdrehvorgang wird der Zylinder 27 gemäß Fig. 15 in der Umfangsrichtung abgedreht, während er in einem Spannfutter eingespannt und mit hoher Drehzahl in Drehung versetzt ist. Der Zylinder 27 - als Werkstück - wird mittels des Spannfutters 72 am distalen Ende eines zylindrischen Halters 71 einer Abdrehvorrichtung gehalten. In diesem Zustand wird der Zylinder 27 bei seiner Drehung mit hoher Drehzahl mit Hilfe von Abdrehwerkzeugen (Drehstählen) 73 und 74 zur erforderlichen Form bearbeitet. Auf diese Weise wird ein Anodenzylinder 21 erhalten, der in Fig. 16 gezeigte Endkonfigurationen 34 und 35 sowie sich verjüngende bzw. konische Innen- und Außenumfangsflächen 36 bzw. 37 aufweist.
Die konischen Innen- und Außenumfangsflächen 36 bzw. 37 können wahlweise im Preßformvorgang entsprechend (doubling as) dem Reduktionsformvorgang geformt werden. Dabei ist es nur nötig, daß die Ziehform oder der Stempel eine sich verjüngende bzw. konische Oberfläche aufweist.
Schließlich werden Anodenflügel 22 in einer vorbestimmten Zahl durch Hartlöten oder Strahlschweißen an der Innenumfangswand (-fläche) des Anodenzylinders 21 befestigt; daraufhin ist die in Fig. 17 gezeigte Magnetronanode fertiggestellt.
Obgleich das Metallzylinderelement bei der beschriebenen Ausführungsform aus Kupfer besteht, kann es ein eine vorbestimmte Länge besitzendes Zylinderelement aus einem beliebigen anderen, geeigneten Metallwerkstoff sein.
Erfindungsgemäß wird ein Preßformen durchgeführt, nachdem die Naht nach dem Zieh- oder Reduktionsformen geschlossen und mittels des Hochenergiestrahls geschweißt worden ist. Auf diese Weise kann somit mit hoher Leistung oder Wirtschaftlichkeit ein hochqualitatives Metallzylinderelement für eine Elektronenröhre oder eine Magnetronanode hergestellt werden, welches Metallzylinderelement gleichmäßige Wanddicke und verbesserten Rundheitsgrad aufweist.
Da speziell das Preßformen unter Begrenzung (Einschluß) der Innen- und Außenumfangsflächen des Metallzylinders oder der Magnetronanode nach dem Nahtschweißen durchgeführt wird, können örtliche Vorsprünge bzw. Erhebungen oder Vertiefungen auf bzw. in den Oberflächen vermieden werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Metallzylinderelements einer Elektronenröhre, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Rollen einer Metall(blech)platte (26) zu einem Zylinder (27),

Reduktionsformen des Zylinders (27),

Schweißen der Naht (23) des reduktionsgeformten Zylinders (27) mittels eines Hochenergiestrahls und

Preßformen des so erhaltenen Zylinders (27) in der Axialrichtung zur Herbeiführung eines plastischen Fließens im Werkstoff unter Begrenzung seiner Innen- und Außenumfangsflächen.

2. Verfahren zur Herstellung eines Metallzylinderelements einer Elektronenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Schweißens der Naht (23) das längsweise Anordnen einer Anzahl von dem Schweißen zu unterwerfenden Zylindern (27) in der Weise, daß benachbarte Enden der Zylinder (27) sich in inniger Berührung miteinander befinden, umfaßt, wobei die sich in einer geraden Linie erstrekkenden jeweiligen Nähte (23) der Zylinder (27) aufeinanderfolgend dem Strahlschweißen unterworfen und (die Zylinder) anschließend voneinander getrennt werden.

3. Verfahren zur Herstellung eines Metallzylinderelements einer Elektronenröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung des auf die Naht (23) eines jeden Zylinders (27) aufgestrahlten Hochenergiestrahls so geregelt wird, daß sie in der Anfangsstufe der Beaufschlagung eines jeden Zylinders (27) höher und in der späteren Stufe niedriger ist.

4. Verfahren zur Herstellung einer Magnetronanode, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Rollen einer Kupfer(blech)platte (26) zu einem Zylinder (27),

Reduktionsformen des Zylinders (27),

Schweißen der Naht (23) des reduktionsgeformten Zylinders (27) mittels eines Hochenergiestrahls,

Preßformen des so erhaltenen Zylinders (27) in der Axialrichtung zur Herbeiführung eines plastischen Fließens im Werkstoff unter Begrenzung seiner Innen- und Außenumfangsflächen, um damit einen Anodenzylinder fertigzustellen, und

radiales Befestigen einer Anzahl von Anodenflügeln (22) an der Innenseite des Anodenzylinders.

5. Verfahren zur Herstellung einer Magnetronanode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochenergiestrahl für das Schweißen diagonal zur Längsebene der Naht (23) aufgestrahlt wird.

6. Verfahren zur Herstellung einer Magnetronanode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des luftdichten Verschweißens der Naht (23) das längsweise Anordnen einer Anzahl von dem Schweißen zu unterwerfenden Zylindern (27) umfaßt, derart, daß die benachbarten Enden der Zylinder (27) in inniger Berührung miteinander stehen, die sich in einer geraden Linie erstreckenden jeweiligen Nähte (23) der Zylinder (27) aufeinanderfolgend dem Strahlschweißen unterworfen und (die Zylinder) anschließend voneinander getrennt werden.