DE940182C

DE940182C - Elektrostatische Speicherroehre vom Kathodenstrahlroehrentyp und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE940182C
Application number: DEI8291A
Authority: DE
Inventors: Anton Salecker
Original assignee: IBM Deutschland GmbH
Current assignee: IBM Deutschland GmbH
Priority date: 1953-02-18
Filing date: 1954-02-18
Publication date: 1956-03-15
Also published as: GB762294A; US2795840A; FR1093302A

Description

AUSGEGEBEN AM 15. MÄEZ 1956

Sindelfingen (Württ.)

Die elektrostatische Speicherröhre vom Kathodenstrahlröhrentyp wird vor allem für die elektrische Nachrichtenübertragung mit ihren verschiedenen Impulsverfahren und insbesondere für elektronische Rechenmaschinen mit hohen Arbeitsgeschwindigkeiten verwendet. Für elektronische Rechenmaschinen des dualen Systems ist bereits eine elektrostatische Speicherröhre bekanntgeworden (vgl. ζ. B. S. H. Dodd, H. Klemperer und P. Yo utz »Elektrostatic Storage Tube« Electrical Engineering, Novemberheft 1950, S. 990), die entsprechend der Arbeitsweise solcher Rechenmaschinen imstande ist, Kombinationen aus den Einheiten »Null« und »Eins« des dualen Zahlensystems als negative und positive elektrische Ladungen zu speichern und im Bedarfsfalle als negative und positive Impulse wieder abzugeben. Die Ziffern werden auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre, ähnlich wie beim Ikonoskop, gespeichert. Zu diesem Zweck wird der Schirm dieser Röhre fortlaufend durch einen scharf fokussierten Kathodenstrahl zeilenweise abgetastet. Durch Ein- und Aus-

schalten des Strahles werden auf dem Schirm bestimmte Ladungsverteilungen erzeugt, die durch eine Regenerationseinrichtung beliebig lange erhalten bleiben. Zur Regeneration und für die Abnahme der Zahlen ist eine Abnahmeelektrode vorgesehen, sie koppelt jedes Schirmelement kapazitiv an einen Verstärker.

Die Erfindung betrifft eine elektrostatische Speicherröhre vom Kathodenstrahl röhrentyp mit elektronenoptischer Strahlenbündelung und Strahlablenkung soiwie mit einem voim Elektronenstrahl angestrahlten, nichtleitenden Ladungsbildschirm mit rückseitiger metallischer Belegung.

Das Prinzip der elektrostatischen Speicherung besteht in der Einstellung eines von zwei voneinander verschiedenen Aufladungszuständen in bestimmten Bereichen der Bildschirmfiäche und in einem späteren Zeitabschnitt in der Feststellung, welcher der beiden Aufladungszustände in. jedem Bereich hergestellt wurde. Blei der Herstellung der Aufdadungszustände wird dar Kathodenstrahl auf ein B ildsciiiirmolement gelenkt und von diesem sekundäre Elektronen ausgelöst, die von einer Kollektorelektrode nahe dem Bildschirmende der Röhre angezogen werden. Das Potential des getroffenen Bereiches und das 'der Kollektorelektrode neigen dazu, einander gleich zu werden. Die auf dem elementaren Bereich hergestellte Ladung wird durch die Modulation 'der Stützplatte bestimmt, die mit jedem elementaren Bildschirmbereich kapazitiv gekoppelt ist. Wenn z. B. die Stützplatte zur Zeit der Abschaltung des Strahles auf einem negativenPotential gehalten' ist, so wird der 'getroffene Bereich hinsichtlich der Kollektorelektrode positiv, während bei nicht moduliertem Potential dar Stützplatte oder bei einer Beendigung des Modulationeimpulses vor der Strahlabschaltung der Bereich das Kollektorelektrodenpotential beibehält.

Während! des Elektronenbombardements eines Elementarberei'Ches sammeln sich einige Sekundärelektronen in Form einer Raumladung, Diese haben die Neigung, auf die Bildschirmfläche zurückzufallen, anstatt zur Kollektorelektrode zu fließen. Da einige der Elementarbereiche in der Nachbarschaft des bombardierten Gebietes positiv sind, besteht die Tendenz, daß sich ihre Ladungen neutralisieren. Zu diesem Zweck ist in vorteilhafter Weise auf oder nahe der Bildschirmfläche eine 'Sperrgitterelektrode angeordnet, um den einen Speicherbereich gegen den anderen abzuschirmen und die Wirkung 'der Neuverteilung der Sekundärelektronen zu verringern.

Besteht das Sperrgitter und auch das Kollektorgitter aus einem vorher, gewebten Drahtgeflecht und werden diese auf einen Metallrahmen montiert, dann hat man die Schwierigkeit, den Drahtgefiechten eine einheitliche Spannung zu geben, damit ein Kurzschluß zwischen diesen Elektroden vermieden wind, wenn sie während der Entgasung der Röhre hohen Temperaturen ausgesetzt sind.

Es gehört danach mit zum Aufgabenbereich der Erfindung, eine Elektronenstruktur für die Sperrgiftterspeicherröhre zu schaffen, durch die sich der kritische Elektrodenabstand genau aufrechterhalten läßt.

Der Gitteraufbau ist dabei derart ausgebildet, daß. er auch eine Entgasung bei hohen Temperaturen aushalten kann, ohne sich dabei zu verziehen oder dabei die benachbarten Elektroden kurzzuschließen.

Erfmdungsgemäß sind dem innerhalb des Röhrenkolbens angeordneten dielektrischen Ladungsbildschirm auf der der Elektronenquelle zugeordneten Seite kreuzweise gelegte und als Sperrgitter benutzte Gitterdrähte, die vorzugsweise auf der Schirmfläche aufliegen, zugeordnet, deren Enden von einem dielektrischen Rahmen straff gehalten sind, dessen öffnung durch die Bildschirmfläche zugedeckt ist und dessen Wärmeausdehnungskoeffizient dem der Gitterdrähte angepaßt ist.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in einem verbesserten Verfahren zur Herstellung dieses Gitterelektrodensystems. Ein weiterer Erfindungsgedanke besteht in einer besonders vorteilhaften Bildschirmanordnung für die Sperrgitterspeicherröhre.

Weitere Erfindungsmerkmale ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen. Die Erfindung sei nachstehend für eine beispielsweise Ausführungsform an Hand dieser Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen haben- folgende Bedeutung:

Fig. ι veranschaulicht eine . Speicherröhre vom Sperrgittertyp, bei der die Bildschirmanordnung auf einem einspringenden Röhrenstiel ruht;

Fig. 2 und 2 a zeigen eine andere Einbauweise der Bildschirmanordnung;

Fig. 3 ist eine Draufsicht des Sperrgittersystems, das einen keramischen. Rahmen, den Glimmarbiidschirm und das Sperrgitter selbst umfaßt;

Fig. 4 ist eine Schnittzeichnung nach Linie 4-4 in Fig. 3 ;

Fig. 5 zeigt die Struktur einer Kollektorgitteruntergruppe, die einen keramischen Rahmen und ein Kollektorgitter enthält;

Fig. 6 zeigt die Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens zur Aufwicklung der Gitterdrähte auf den keramischen Rahmen;

Fig. 7' zeigt die vollständige Bildschirmanordniung, die die in einem Stützelement montierten Sperrgitter- und Kollektorgitteruntergruppen umfaßt.

Nach Fig. 1 umfaßt die dargestellte Speicherröhre einen Kolben 1 aus Glas oder aus einem anderen geeigneten Material, in dem sich ein Elektronenstrahlsystem zur Erzeugung und zur Fokussierung des auf den Bildschirm 2 gerichteten Elektronenstrahls befindet. Der Strahl entsteht an der Glühkathode 3 und wird durch die mit einer 'zentralen öffnung versehene Gitterelektrode 4 gestell- ert. Die Anode 5 liegt im Strahlengang des Kathodenstrahles und beschleunigt die von der Kathode 3 emittierten Elektronen. Die Elektroden 6 sind Schirmelektroden, die aus mit öffnungen versehenen Metallscheiben bestehen und in Abständen entlang des Kathodenstrahlweges angeordnet sind.

Zwei Paare von Ablenkplatten 7 dienen zur Ablenkung des Strahles auf bestimmte Elementarbereiche der Fläche das Bildschirm® 2. Dies wird durch die Potentiale bestimmt, die zur Erzeugung des gewünschten Typs der Bildsohirmabtastung mit den üblichen Mitteln· dort aufgeprägt werden. Die Bildschirmanordnung ist auf einem einspringenden Röhrenstiel montiert und ruht nach Fig. 1 auf den Drähten 8. Eine andere Art der Montage der Bildschirmanordnung ist in Fig. 2 veranschaulicht, wonach die Leitungen 9 die Anschlüsse für die Elektroden der Bildsehirmanordnung bilden. Diese sind in der Röhrenfläche an gleich weit voneinander entfernten Stellen festgehalten, so daß die BiIdschirmanordnung in Berührung mit der Innenfläche des Kolbens 1 anliegt (Fig. 2 a). Die vollständige Bildschirmanordnung ist in Fig. 7 genauer dargestellt. In dieser Anordnung ist das Sperrgitter 10 in direktem Kontakt mit der Fläche des BiIdschirms 2 gehalten. Das Kollektorgitter 11 ist von dem Sperrgitter um etwa 0,25 mm entfernt. Der Abstand des Sperrgitters 10 von dem Bildschirm 2 ist nicht zu kritisch, jedoch hat sich herausgestellt, daß die Wirkung der erneuten Verteilung bei Vergrößerung des Abstandes größer wird. Die besten Ergebnisse erzielt man, wenn die Sperrgitterdrähte die Bildschirmfläche direkt berühren.

Der dielektrische Bildschirm 2 (Fig. 3, 4 und 7) enthält ein Glimmerblatt, das etwa 0,05 mm dick ist und einen großen spezifischen Widerstand und eine hohe Dielektrizitätskonstante hat. Eine Stützplatte 12 ist auf einer Fläche des Glimmerbildsehirms 2 durch Auidatnpfung von Aluminium—wie bei den bekannten Überzugsverfahren — gebildet. Die Dicke des Glimmerblattes ist im Vergleich zu dem Abstand zwischen den Gitterdrähten klein gehalten, damit die Stützplatte sich über einen großen Teil des Oberflächenbereiches zwischen den Gitterdrähten hinzieht, mit denen sie kapazitiv gekoppelt ist. Gitter 10 und 11 ruhen auf rechteckigen Rahmen 13 (Fig. 3, 4 und 5) aus einem handelsüblichen keramischen Material, das einen Ausdehnungskoeffizienten hat, der dem der Wolframgitterdrähte vergleichbar ist. Obwohl rechteckige Rahmenelemente nachstehend beschrieben sind, ist es im Bedarfsfall ohne weiteres möglich, statt dessen auch kreisförmige oder anders geformte Rahmen zu verwenden.

Durch die Verwendung dieses keramischen Materials gewinnt man für den Rahmen und für die Gitterdrähte bei der Entgasung der Röhre eine gleichmäßige Ausdehnung und Zusammenziehung. Während der Entgasung ist die Bildschirmanordnung einer Temperatur von etwa 350⁰ ausgesetzt. Auf diese Weise werden die Gitterdrähte nicht gelockert und bleiben dauernd in einem im wesentlichen einheitlichen, planparallelen Zustand. Der keramische Rahmen 13 wird zur Herstellung einer glatten Oberfläche 14 (Fig. 4) zuerst geschliffen. Dann wird der Rahmen bei einer Temperatur von 850 bis 900⁰ C gebrannt und ein dünner Überzug aus Silberpaste 15 auf die Außenseite der Fläche 14 aufgebracht (Fig. 3 und 4). Danach erfolgt eine weitere Brennung bei 700⁰ C, die etwa V2 Stunde lang dauert. Die Silberpaste 15 bildet einen elektrischen Kontakt zwischen den Gitterdrähten, die, wie nachstehend beschrieben, auf den keramischen Rahmen 13 aufgewickelt werden.

Bei der Herstellung des Sperrgitterteils der Bildschirmeinheit werden zwei Rahmen 13 auf eine Widielmaschmenspiodel 16 nebeneinandergesetzt, wie es die Fig. 6 zeigt, d. h. so, daß die glattgeschliffenen Flächen 14 nach außen gerichtet sind. Je ein Glimmerbildschirm 2 ist mit der Seite, auf die die Aluminiumstützplatte 12 aufgebracht worden ist, auf jeden der beiden Rahmen 13 in Kontakt mit den geschliffenen Flächen 14 aufgesetzt.

Der verwendete Wolframgitterdraht hat einen Durchmesser von etwa 0,015 H¹¹¹¹ und ist klein gegenüber dem Durchmesser des Kathodenstrahlenbündele. Er ist so in Zwischenräumen angeordnet, daß er nur einen Teil des Kathodenstrahls auffängt, der einen Durchmesser von etwa 0,25 mm hat. Das Gitter wird aus einem Einzeldraht überkreuzt gewickelt, so daß etwa 100 Windungen auf 2,5 cm kommen. Die Wickelspannung wird mit Hilfe des Schleppmotors 17 gesteuert. Durch die kreuzweise Wicklung der Gitterdrähte in zwei zueinander neichtwinklig liegenden Wickellagen entsteht ein rechtwinkliges Geflecht gemäß Fig. 3. Die einzelnen Drähte sind jedoch nicht miteinander verflochten. Im Bedarfsfall wird ein teilweise verflochtenes Geflecht dadurch hergestellt, daß man wechselweise eine einzelne Windung in jeder Richtung wickelt, jedoch erhält man eine ausreichende Festigkeit durch Überlappen der beiden kreuzweise gewickelten Schichten für die Bildschirmanordnung. Es wird in Betracht gezogen, eine Mehrzahl von Rahmen in Reihe auf ein vielseitiges Wickelelement 16 zu setzen und eine Mehrzahl von in der beschriebenen Art gewickelten Gittereinheiten unter Verwendung einer einzigen Gitterdrahtsträhne herzustellen.

Nach dem Aufwickeln der Gitter werden die Drähte an schrägen Kantenflächen 18 jedes der Rahmen 13 durch Aufbringung eines keramischen Kitts 19 befestigt, wie Fig. 4 zeigt. Die die beiden Rahmen verbindenden Drahtteile werden dann vor der Abnahme der Rahmen vor der Spindel 16 durchgeschnitten. Durch die das Gitter 10 bildenden Drähte wird der Glimmerbildschirm 2 fest an den Rahmen 13 angebracht, und es werden mit einem einzigen Wickelvorgang gleichzeitig zwei Bildschirm- und Sperrgittereinheiten hergestellt. Ein Streifen Nickelband 20 (Fig. 4) wird an die Gitterdrähte an einer Seite des Rahmens angelötet und ein Streifen 21 an der Stützplatte 12 befestigt, um einen Kontakt zwischen diesen Elektroden und den Anschlußklemmen der Röhre herzustellen.

Bei der Wicklung des Kollektorgitters 11 (Fig· 5) wird ein in derselben Weise hergestelltes Rahmenpaar 13 auf die Spindel 16 Rückseite an Rückseite gesetzt. Der Gitterdraht wird aus einer einzigen Strähne mit gesteuerter Spannung gewickelt, wie in Verbindung mit dem Sperrgitter beschrieben worden ist, jedoch werden die Strähnen

in einem Winkel von 45 ° zu der Kante des Rahmens 13 und mit einem Abstand von 150 Windungen auf etwa 2,5 cm gewickelt. Die Drähte werden an den schrägen Kanten 18 mit keramischem Kitt befestigt und die verbindenden Teile wie zuvor durchschnitten, uimgleichzeitig zwei Kollektoirgittereinheiten herzustellen. Dann wird ein Nickelverbindungsstreifen 22 an einer Seite des keramischen Rahmens an den Gitterdrähten wie bei dem Sperrgitter 10 befestigt. Die Sperrgitter- und Kollektorgittereinheiten sind dann mit den Vorderseiten zueinander so anzuordnen, daß der Abstand zwischen den Gitterdrähten etwa 0,25 mm beträgt. Die Keramikkitt-Tröpfchen 23 dienen zur starren Halterung der Rahmen 13 der beiden Einheiten in dieser Stellung (Fi. 7). Dadurch, daß man das Kollektorgitter 11 nahe an das Sperrgitter 10 bringt, wird das Feld am positiven Ende vor dem Bildschirm noch verstärkt. Dies führt zu einer stärkeren Reduktion der sekundären Wiederverteilung. Die zusammengebaute Bildschirmeinheit wird in ein Stützelement 24 aus rostfreiem Stahl montiert, welches seinerseits auf einer Mehrzahl von Stützdrähten 8.- ruht, die in dem einspringenden Röhrenstiel gemäß Fig. ι gehalten werden. Der einspringende Stiel ist an dem Hauptröhrenteil verspleißt, in dem sich auch die üblidieElektroJienquelle befindet. Dann wird die Röhre ausgepumpt und bei hoher Temperatur (35O^OC), wie oben erwähnt, entgast, ohne daß dadurch der kritische Elektrodenabstand nachteilig verändert wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektrostatische Speicherröhre vom Kathodenstrahlröhrentyp mit elektronenoptischer Strahlenbündelung und Strahlablenkung sowie mit einem vom Elektronenstrahl ange^ strahlten, nichtleitenden Ladungsbildschirm mit rückseitiger metallischer Belegung, dadurch gekennzeichnet, daß dem innerhalb des Röhrenkolbens (1) angeordneten dielektrischen Ladungsbildschirm (2) auf der der Elektronenquelle (3) zugewandten Seite kreuzweise gelegte und als Sperrgitter benutzte Gitterdrähte (10), die vorzugsweise auf der Schirmnäche (2) aufliegen, zugeordnet sind, deren Enden von einem dielektrischen Rahmen (13) straff gehalten sind, dessen Öffnung durch die Bildschirmfläche (2) zugedeckt ist, und dessen Wärmeausdehnungskoeffizient dem der Gitterdrähte (10) angepaßtist.

2. Speicherröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in einer parallelen Ebene und in einem geringen Abstand zur Ladungsfläche des Bildschirms (2) in der Röhre (1) zwischen der Elektronenquelle (3) und dem Sperrgitter (10) untergebrachten Drähte des Kollektorgitters (11) unter einem Winkel von 45° zur Richtung der Gitterdrähte des Sperrgitters (10) liegen.

3. Speicherröhre nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte

des zwischen dem Sperrgitter (10) und der Elektronenquelle (3) angeordneten Kollektorgitters (11) über die öffnung eines dielektrischen, insbesondere keramischen Rahmens (13) gespannt und die Drahtenden dieses Gitters (11) auf dem Rahmen (13) befestigt sind, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient dem der Drähte des Kollektorgitters (π) angepaßt ist.

4. Speicherröhre nach. Anispruoh 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungsrahmen (13) für die Sperrgitterdrähte (10) und für die Kollektorgitterdrähte (11) miteinander ver-'kittet (23) sind.

5. Speicherröhre nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der. dielektrische, insbesondere keramische Rahmen (13) eine abgeschrägte Kantenfläche (18) enthält, wo' die Gitterdrahtonden befestigt sind.

6. Speicherröhre nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die über die Öffnung des Rahmens (13) gespannten Gitterdrähte (10) den die öffnung des Rahmens verschließenden dielektrischen Bildschirm (2) an den Rahmen (13) festspannen.

7. Speicherröhre nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die nach der Elektronenquelle (3) weisende Stirnfiäcihe des Rahmens (13) in Streifenform einen dünnen metallischen Überzug (15) enthält, der mit den kreuzweise gegeneinander versetzten Gitterdrähten (10) einen, elektrischen Kontakt bildet.

8. Speicherröhre nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Überzug (15) durch Auftragen und Einbrennen einer Silberpaste hergestellt wird.

9. Speicherröhre nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die rückseitige metallische Belegung (12) des dielektrischen Bildschirms (2) durch Aufdampfen von Aluminium hergestellt ist.

10. Speicherröhre nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Gitterdrahtes klein ist gegenüber dem Durchmesser des auf den Bildschirm (2) auftreffenden Kathodenstrahles.

11. Speicherröhre nach einem oder mehreren der Ansprüche ι bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Bildschirm (2), dem Sperrgitter (10), dem Kollektorgitter (11) und deren Halterungen (13) gebildete System auf einem in den Röhrenkolben (1) einspringenden Röhrenstiel befestigt ist.

12. Verfahren zur Herstellung des Elektrodensystems für den Bildschirm der Speicherröhre nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Gitterrahmen (13) mit der Gitterseite nach außen auf ein Drehteil (16) aufgesetzt, bei der Drehung über beide Rahmen (13) ein zusammenhängender Gitterdraht bis zur vollen Bedeckung der beiden Rahmenöffnungen aufgewickelt wird, daran anschließend die auf den Rahmenstirnflächen (18) aufliegenden

Drahtteile festgekittet und schließlich die die beiden Rahmen verbindenden Drahtteile zwischen den unmittelbar benachbarten Kittstellen zweier Rahmen vor der Abnahme der Rahmen aus dem Drehteil (16) durchgeschnitten werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufwickeln des Gitterdrahtes auf einen oder beiden Rahmen eine bzw. je eine Bildschirmplatte (2) aufgelegt wird, die die öffnung des Rahmens zudeckt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen