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Verfahren zur Herstellung von Elektrodensystemen mit sehr kleinen
Elektrodenabständen für Ultrakurzwellenröhren Die Erfindung betrifft Ultrakurzwellenröhren
mit sehr kleinen, genau einzuhaltenden Elektrodenabständen.
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Es ist bereits bekannt (vgl. amerikanische Patentschrift z 941 687),
an einander gegenüberliegenden Längsseiten eines quaderförmigen Keramikblockes Nuten
anzubringen und in diese emissionsfähigeBlechstreifen einzuschieben, welche von
einem in einer zentralen Längsbohrung des Keramikblocks befindlichen Heizkörper
auf die Emissionstemperatur gebracht werden, und über den Keramikblock ein Steuergitter
zu wickeln, während die plattenförmigen Anoden ebenso wie der Keramikblock, jedoch
unabhängig von diesem, am Quetschfuß des Vakuumgefäßes abgestützt sind. Auf diesem
Wege läßt sich keine für Ultrakurzwellenröhren ausreichende Genauigkeit der Elektrodenabstände
erzielen. Beispielsweise sind für den Gitter-Kathoden-Abstand mindestens zwei Toleranzen
maßgebend, nämlich einerseits die Tiefe der Nut, in welche die Kathodenbleche eingeschoben
sind, und. andererseits die Dicke der Kathode selbst. Durch die Parallelschaltung
der voneinander gegenüberliegenden Seiten des Keramikblockes ausgehenden Entladungsstrecken
wird die Möglichkeit der Streuung dieser Werte verdoppelt. Noch weniger genau ist
bei der beschriebenen Anordnung der Abstand zwischen Anode und Kathode bestimmt.
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Es' ist ferner (aus der französischen Patentschrift 700 9a3) bekannt,
das Elektrodensystem einer Entladungsröhre auf einem napfförmigen
keramischen
Traggerüst aufzubauen, welches an der Innenseite treppenförmig abgesetzt ist und
auf den einzelnen Stufen je eine scheibenförmige Elektrode trägt. Auch in diesem
Falle gehen in den Abstand zwischen zwei Elektroden mindestens zwei Toleranzen ein,
nämlich einerseits die Dicke der Elektrodenscheibe und andererseits die Höhe der
Stufe, welche die beiden Elektroden voneinander trennt.
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Die Erfindung beruht auf der Überlegung, daß sich eine größere Genauigkeit
des Abstandes zweier Elektroden dadurch erreichen läßt, daß eine von den erwähnten
Toleranzen ausgeschaltet wird. Gemäß der Erfindung geht man bei der Herstellung
von Elektrodensystemen mit sehr kleinen Elektrodenabständen für Ultrakurzwellenröhren
,unter Verwendung eines keramischen Traggerüstes für sämtliche Elektroden so vor,
daß in einen Block aus keramischem Isolierstoff, von welchem eine als Auflage für
die Kathode dienende Außenfläche bearbeitet, insbesondere plangeschliffen wird,
ein als Anode dienender Metallkörper eingelassen und anschließend die die Entladungsbahn
begrenzende Stirnfläche des Metallkörpers derart bearbeitet wird, daß sie um ein
bestimmtes Maß unterhalb der bearbeiteten Außenfläche des Isolierblockes liegt Für
den Abstand zwischen Kathode und Anode ist nunmehr bloß eine einzige Toleranz maßgebend,
die bei der Bearbeitung der Anodenfläche auftritt. Als Bezugsfläche für die Bearbeitung
der Anodenoberfläche dient dabei die Auflagefläche für die Kathode. Es ist ohne
weiteres möglich, die Kathodenoberfläche, gegebenenfalls nach dem Aufbringen eines
emissionsfähigen Oxydüberzuges, so zu bearbeiten, z. B. plan zu schleifen, daß die
Emissionsfläche und die Auflagefläche zusammenfallen.
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In der Zeichnung sind zweiAusführungsbeispiele für den Erfindungsgedanken
im Aufriß (Längsschnitt) und Grundriß dargestellt. Abb. i zeigt eine Zweipolröhre
(Diode). Der Isolierblock i aus einer hochisolierenden, verlustarmen, hitzebeständigen,
keramischen Masse ist mit einer Bohrung 2 versehen, in welche der als Anode dienende
Metallkörper 3 vakuumdicht eingesetzt, insbesondere eingelötet wird. Die Anode ist
im Beispielsfalle ein an der dem Vakuumgefäß zugekehrten Stirnseite abgeschlossenes
Metallrohr; sie kann aber auch ein massiver Stab sein. Die Anode ragt unten aus
dem Isolierblock heraus, so daß dort eine Zuleitung angeschlossen werden kann. Die
vakuumseitige Stirnfläche des Isolierblockes ist plangeschliffen und dient als Bezugsfläche
für den Aufbau des Elektrodensystems. Zunächst wird mit einem spanabhebenden Werkzeug,
insbesondere mittels eines Fräsers oder durch Schleifen, von der Bezugsfläche aus
eine Nut q., deren Tiefe genau dem gewünschten Abstand zwischen Anode und Kathode
entspricht, in den Iolierblock eingearbeitet. Die Anode ragt so weit in den Isolierblock
hinein, daß ihre Stirnseite beim Herstellen der Nut ebenfalls bearbeitet wird und
daher den vorgeschriebenen Abstand von der Bezugsebene erhält. Bei der Festlegung
der Nuttiefe hat man zu berücksich. tigen, daß das Elektrodensystem während des
Betriebes eine höhere Temperatur annimmt und die einzelnen Teile, insbesondere die
Anode, sich dabei ausdehnen. Man kann die Nut, wie in Abb. i dargestellt, von einer
Seite des Isolierblockes zur anderen durchgehen lassen. Es genügt aber, die Vertiefung
nur in unmittelbarer Umgebung der Anode anzubringen. An Stelle einer Nut kann auch
eine zylindrische Einsenkung mittels eines geeigneten Stirnfräsers ausgearbeitet
werden. Wenni man den oberen. Teil der Bohrung 2 weiter. macht als den Anodendurchmesser,
kann man sich unter Umständen damit begnügen, lediglich die Stirnfläche des Anodenkörpers
allein zu bearbeiten. Gegenüber der Anode wird die Kathode 5 auf die Bezugsfläche
aufgelegt. Diese besteht z. B. aus einem kleinen Blechnapf, dessen Boden an der
Außenseite eine Emissionsschicht trägt, während im Innern ein Heizwiderstand zur
mittelbaren Erhitzung untergebracht ist. Durch Planschleifen der Emissionsschicht
wird eine eindeutige Auflage auf der Bezugsfläche und die Einhaltung des vorgeschriebener
Anoden-Kathoden-Abstandes über den ganzen Entladungsquerschnitt erreicht. Um den
Wärmeübergang von der Kathode auf den Isolierblock möglichst zu erschweren, kann
in den Isolierblock eine weitere, zur Nut q. senkrecht verlaufende, seichtere Nut
eingearbeitet werden, so daß die Kathode nur an der vier Ecken, die an der Kreuzungsstelle
der beiden Nuten gebildet werden, aufliegt.
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Der Isolierblock ist in einen Metallkragen 6 eingesetzt und mit diesem
vakuumdicht verbunden, insbesondere verlötet. Der Metallkragen wird zweckmäßig ebenso
wie der rohrförmige Teil der Anode aus einer Eisen-Nickel-Legierung angefertigt,
weil man eine solche Legierung leicht so zusammensetzen kann,* daß sie mit ihrem
Wärmeausdehnungskoeffizienten zumKeramikkörper paßt, und weil sie sich durch Löten
gut mit der Keramik verbinden läßt. Zweckmäßig wird die Außenseite der Anode und
die Innenseite des Metallkragens versilbert, damit die längs dieser Fläche sich
fortpflanzende Hochfrequenzschwingung möglichst wenig gedämpft wird. Am besten erfolgt
auch die Verlötung der Keramik- und Metallfläche mit Silberlot. Die Stirnplatte
3' der Anode, welche den rohrförmigen Teil abschließt, wird zweckmäßig aus Kupfer
hergestellt, um eine gute Wärmeableitung sicherzustellen. Der hohle Innenraum der
Anode kann im Bedarfsfalle für eine Wasser- oder Druckluftkühlung ausgenutzt werden.
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Der Metallkragen, 6 ist mit einem mit einer entsprechenden Öffnung
versehenen Metallboden 7 verbunden, insbesondere verschweißt. Durch den Boden sind
ferner die Heizstromzuleitungen 8 mitteis an sich bekannter Hülseneinschmelzungen
9 isoliert hindurchgeführt. Außerdem ist am Boden das Pumpröhrchen io angesetzt.
Die Kathode 5 ist an den Boden elektrisch leitend angeschlossen. Damit diese Verbindung
einen kleinen Widerstand aufweist, besteht sie aus einem Blechring ii, dessen
innerer
Rand mit der Kathode und dessen äußerer Rand mit dem Boden fest verbunden ist. Um
ein zuverlässiges Anliegen der Kathode am Isolierblock i sicherzustellen, wird die
Kathode durch einen Federbügel 12 gegen die Unterlage gedrückt. Zur Verbesserung
der Hochfrequenzleitfä'higkeit ist zweckmäßig mindestens die dem Isolierblock zugekehrte
Seite des Blechringes i i versilbert. Nach Fertigstellung des Elektrodensystems
wird das Vakuumgefäß durch Aufsetzen des Metallkolbens 13 auf den Boden und durch
vakuumdichte Verbindung dieser beiden Teile in an sich bekannter Weise geschlossen.
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Der Anschluß der in der Entladungsstrecke gleichzurichtenden oder
zu mischenden Hochfrequenzspannungen erfolgt zweckmäßig mittels einer koaxialen
Energierohrleitung, deren Innenleiter in. die Anode 3 und deren Außenleiter in den
Kragen 6 übergeht. Die beschriebene Anordnung hat die günstige Eigenschaft, daß
der Heizstromkreis gegen die Entladungsstrecke vollkommen abgeschirmt ist, so daß
die Einkopplung von Spannungen in den Ausgangskreis oder der Abfluß von 'Hochfrequenzenergie
in den Heizkreis ausgeschlossen ist.
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Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform des Kathodenschichtträgers.
ist in Abb. i a in größerem Maßstab dargestellt. Die Stirnfläche des napfförmigen
Blechkörpers 5 ist mit einer seichten Vertiefung ausgestattet, deren Tiefe etwa
gleich der vorgeschriebenen Dicke der Emissionsschicht oder ein wenig größer als
diese ist. Diese Vertiefung wird mit der. Emissionspaste 5' ausgefüllt und dann
wird die ganze Stirnfläche plangeschliffen.
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Die in Abb. 2 dargestellte Röhre weicht von dem in Abb. i gezeigten
Ausführungsbeispiel darin ab, daß sie mit einem Gitter zwischen Kathode und Anode
ausgestattet ist. Um eine wohl bestimmte Gitterauflagefläche zu schaffen, wird in
dem Isolierblock außer der senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden Nut 4 noch eine
diese in einem rechten Winkel durchdringende Nut 14 vorgesehen, welche seichter
ist als die Nut 4 und deren Tiefe so- gewählt ist, daß die über diese gespannten
Gitterdrähte den vorgeschriebenen Abstand von der Kathode haben. Der Isolierblock
ist an. dem der Kathode zugekehrten Ende mit schrägen. ebe-. nen Flächen 15 versehen,
an denen die Gitterelektrode 16 befestigt ist. Die Stromzuführung zum Gitter erfolgt
zweckmäßig mittels eines Metallrohres 17, das den Isolierblock durchsetzt. Der Isolierblock
besteht zu diesem Zwecke aus, einem Mittelstück i' und einem dieses umgebenden Ring
i". Diese beiden Teile werden durch das Metallrohr 17, mit welchem sie verlötet
sind, zusammengehalten. Das Metallröhr 17 kann. außerhalb des. Vakuumgefäßes
in eine Energieleitung übergehen, die in diesem Falle aus drei koaxialen Leitern
besteht. Das Gitter besteht z. B. aus parallel zueinander verlaufenden Drähten,
die an beiden Enden durch Blechstreifen 18 zusammengehalten werden und mittels dieser
an den am Isolierblock oder am Metallrohr 17 angebrachten Metallwinkeln i9 befestigt
sind. Durch Zusammenbiegen der beiden Schenkel eines Winkels; der zweckmäßig federnd
.ist, läßt sich die mechanische Spannung der Gitterdrähte vergrößern.
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Die Anbringung der schrägen Flächen 15 trägt zur Verkleinerung der
Gitter-KathödenrKapazität bei, indem sie die zur Befestigung des Gitters benötigten
Metallteile in einen größeren Abstand von der Kathode bringt. Da die Nut 14 mit
großer Genauigkeit von der Bezugsfläche des Isolierblockes aus hergestellt wird
und die Gitterdrähte genau kalibriert werden können, läßt sich der vorgeschriebene
Gitter-Kathoden-Abstand mit großer Genauigkeit einhalten. Im Rahmen der vorstehend
beschriebenen Ausführungsbeispiele bildet der Isolierblock i einen Bestandteil der
Vakuumgefäßwand; dies hat den Vorteil, daß ein unmittelbarer Anschluß an eine Energieleitung
möglich ist. Der Erfindungsgedanke läßt sich jedoch auch dann mit Nutzen anwenden,
wenn der Isolierblock im Innern des Vakuumgefäßes angeordnet wird.