DE1068389B

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Publication number: DE1068389B
Application number: DENDAT1068389D
Authority: DE
Priority date: 1953-10-21
Publication date: 1959-11-05
Also published as: NL190364A; GB763545A; NL96518C; BE532397A; US2772939A; FR1107766A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Wanderfeldwendelröhren, bei denen die Wendel in einem langgestreckten Glaskolben angeordnet und durch mehrere parallel zur Wendel und um diese herum angeordnete Haltestäbe gehaltert wird, die über einen wesentlichen Teil des Stabumfangs in Berührung mit dem Glaskolben stehen. Die Erfindung will insbesondere Wanderfeldwendelröhren verfügbar machen, die als Leistungsröhren bei sehr hohen Frequenzen betrieben werden können.

Bei Wanderfeldwendelröhren ist man bestrebt, die Ausgangsleistung, den Wirkungsgrad und die Verstärkung möglichst günstig zu gestalten. Es ergeben sich dabei jedoch gegensätzliche Forderungen, welche ihrerseits einen Kompromiß erforderlich machen. Für die Erzielung eines guten Wirkungsgrades soll die Wendel einen möglichst kleinen inneren Durchmesser haben und aus sehr dünnem Draht bestehen, der eine

günstige Kopplung zwischen dem Elektronenstrahl und den elektromagnetischen Wellen zustande kommen läßt. Demgegenüber erfordert eine große Ausgangsleistung eine kräftige Wendel, wobei die Wendellänge klein gehalten werden soll. Letzteres ist wiederum für eine große Verstärkung nachteilig; denn die Verstärkung ist um so basser, je länger die Wendel gehalten ist.

Es hat sich gezeigt, daß die Betriebswerte von Wanderfeldwendelröhren sehr wesentlich dadurch beeinträchtigt werden, daß die Temperatur der Wendel und der die Wendel haltenden keramischen Stäbe während des Betriebes ansteigt. Diese Temperatursteigerung hat neben der vorgesehenen konstanten Dämpfung der Wendel eine zusätzliche Dämpfung zur Folge, welche sich auf Ausgangsleistung, Wirkungsgrad und Verstärkung in nachteiliger Weise auswirkt.

Die Temperaturerhöhung der Wendel wird unter anderem vorwiegend auch durch die hochfrequente Energie verursacht, welche entlang des wendeiförmigen Übertragungsweges fortschreitet. Die Temperaturerhöhung ist in der Nähe des Ausgangsendes der Röhre besonders stark, da die hochfrequente Wendelspannung und damit die hochfrequente Energie entlang der Wendel exponentiell anwächst. Von einem bestimmten Punkt ab wird daher die Wendel als Übertragungsleitung der Energie zu klein; dies führt dann zwangläufig zur Erhöhung der Wendeltemperatur bzw. zu erhöhten Widerstandsverlusten und erhöhter Dämpfung. Die am Ausgang verfügbare hochfrequente Energie nimmt infolgedessen ab.

Die Erfindung will dieser Erscheinung Rechnung tragen und lehnt sich dazu an eine bereits vorgeschlagene Ausführung für eine Wanderfeldwendelröhre an, bei der die Drahtwendel in einem langgestreckten Glaskolben angeordnet und durch drei um 120° ver-Verfahren zur Herstellung
von Wanderfeldwendelröhren

Anmelder:

Western Electric Company, Incorporated, New York, N.Y. (V.St.A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Fecht, Patentanwalt,
Wiesbaden, Hohenlohestr. 21

Beanspruchte Priorität: !5 V. St. v. Amerika vom 21. Oktober 1953

Joseph Peter Laico_t Springfield, Ν. J. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

setzte, parallel zur Wendel angeordnete Haltestäbe gehaltert wird, die über einen wesentlichen Teil des Stabumfangs in Berührung mit dem Glaskolben stehen. Der Glaskolben weist dabei einen im wesentlichen dreieckigen Innenquerschnitt auf, in dessen Ecken die Haltestäbe liegen. Ein solcher Aufbau wurde nach dem erwähnten Vorschlag vor allem zu dem Zweck gewählt, die Drahtwendel und die sie tragenden Stäbe in dem Glaskolben eindeutig festzulegen.

DieErfindung macht sich diese Aufbauform zunutze. Sie bezweckt, die obenerwähnte Temperaturerhöhung der Wendel ganz erheblich zu verringern und dadurch die durch die Temperaturerhöhung verursachten Dämpfungsverluste zu begrenzen.

Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens besteht darin, daß die Wendel mit den sie halternden Haltestäben in einem Glaskolben von kreisförmigem Querschnitt angeordnet wird, dessen Innendurchmesser annähernd dem Durchmesser des der Wendel-Haltestab-Anordnung umbeschriebenen Kreises entspricht, daß dann außerhalb des Glaskolbens ein wärmereflektierender Metallzylinder längs jenes Abschnittes des Glaskolbens angebracht wird, der zwecks Berührung mit den Haltestäben über einen wesentlichen Teil des Stabumfangs zusammengedrückt werden muß, und daß hierauf nach Evakuierung des Glaskolbens ein Strom durch die Wendel geschickt wird, dessen Stärke so bemessen ist, daß der im Bereich des wärmereflektierenden Metallzylinders bis zur Erweichungstemperatur erhitzte Glaskolben durch den äußeren Atmosphärendruck in dem gewünschten Maße

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zusammengedrückt wird, ohne daß er bis auf die Wendel zusammenfällt. Bei diesem Herstellungsverfahren besteht die Gefahr, daß zwischen dem Glaskolben und den Haltestäben eine großflächige und innige Berührung zustande kommt, welche eine entsprechend wirksame und günstige Wärmeableitung zur Folge hat. Die nachteilige und unerwünschte Temperatursteigerung der Wendel und der Haltestäbe wird dadurch vermieden oder wenigstens weitgehend herabgesetzt, ohne daß die Übertragungseigenschaften der Wendelleitung nachteilig beeinflußt werden.

Bei der erfindungsgemäßen Fertigungsweise wirkt sich auch der Umstand vorteilhaft aus, daß die Temperaturdifferenz zwischen den unterschiedlich stark erwärmten Teilen des Glaskolben verhältnismäßig klein ist, so daß unzulässige thermische Spannungen im Glaskolben nicht auftreten können.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren bietet gleichzeitig die Möglichkeit, eine besonders wirkungsvolle und genaue Entgasung der Wendel durchzuführen. Bisher wurde die Entgasung zumeist in der Weise vorgenommen, daß man die Wendel durch induktive Ankopplung an einen Hochfrequenzgenerator erwärmte. Diese Verfahrensart war jedoch sehr umständlich; im übrigen bestand dabei auch keine ausreichende Möglichkeit für eine Steuerung, so daß man mit großem Ausschuß rechnen mußte. Demgegenüber wird in Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes vorgeschlagen, daß nach Entfernung des wärmereflektierenden Zylinders durch die Wendel ein Strom geschickt wird, der so bemessen ist, daß eine Entgasung der Wendel stattfindet. Es besteht dabei die Möglichkeit, durch Steuerung dieses die Wendel durchfließenden Stroms die Erwärmung genau zu regeln, so daß Beschädigungen der Wendel und der Röhre während des Entgasungsvorganges zuverlässig verhindert werden können. Der die Wendel durchfließende Strom wird zweckmäßig innerhalb des Glaskolbens über einen Schmelzdraht zu der Auf fangelektrode der Röhre geleitet. Es besteht dabei die Möglichkeit, diesen Strom für die Zerstörung des Schmelzdrahtes, also für die galvanische Trennung der Wendel von der Auffangelektrode zu benutzen, indem nach Entfernung des wärmereflektierenden Zylinders ein Strom so großer Stärke durch die Wendel geschickt wird, daß der Schmelzdraht durchbrennt.

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung noch näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt die Außenansicht einer Wanderfeldwendelröhre, bei welcher ein Teil des Glaskolbens auf die Wendelhaltestäbe zusammengedrückt ist;

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch die Röhre der Fig. 1 (vor der Zerstörung des Schmelzdrahtes);

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch die Röhre nach Linie 3-3 der Fig. 1 ;

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung der Schaltung und Einrichtungen, die beim erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren benutzt werden;

Fig. 5 zeigt einen vergrößerten Schnitt durch das auffangelektrodenseitige Ende der Röhre mit dem Schmelzdraht, der die Wendel und die Auffangelektrode verbindet.

Die Wanderfeldwendelröhre nach Fig. 1 und 2 besteht aus einem Elektronenstrahlerzeugungssystem 10, einem Auffangelektrodenteil 11 und einem langgestreckten Glaskolben 12, der die von drei Haltestäben 14 gehaltene Wendel 15 umschließt. Die Haltestäbe können aus einem keramischen Material, z. B. Steatit, bestehen und haben bei einem speziellen Ausführungsbeispiel einen Durchmesser von 1,5 mm. Die aus Mo-

lybdändraht von 0,127 mm Durchmesser bestehende Wendel hat einen inneren Durchmesser von 1,29 mm und ist mit einer Steigung von 31,5 Windungen je cm gewickelt. Die Länge der Wendel beträgt 13,65 cm.
Im Abschnitt 13 ist der Glaskolben 12 zusammengedrückt, so daß er im wesentlichen eine dreieckige Querschnittsform annimmt und eng an den Haltestäben 14 anliegt, wodurch ein guter Wärmekontakt besteht (Fig. 3). Die Länge des Abschnitts 13 kann

ίο schwanken; sie soll vorzugsweise etwa ein Drittel der Gesamtlänge der Wendel einnehmen. Obwohl der Glaskolben 12 praktisch auf der ganzen Länge auf die Stäbe 14 gedrückt werden könnte, so ist dies nicht notwendig, da die hochfrequente Energie am Eingangsende der Röhre noch so klein ist, daß sie durch die Wendel übertragen werden kann, ohne daß eine Erwärmung der Wendel durch die hochfrequente Energie auftritt. Im übrigen wird die Herstellung der Röhren erleichtert und die Ausschußmenge verringert, wenn der zusammengedrückte Abschnitt die kleinste Länge hat, die mit der erzielbaren verbesserten Arbeitsweise der Röhre vereinbar ist.

Nach Fig. 3 ist der Querschnitt des Glaskolbens im Abschnitt 13 dreieckig, so daß der Glaskolben längs einer ziemlich großen Fläche in engem und gutem Wärmekontakt mit den Haltestäben 14 steht. Diese Fläche kann etwa ein Drittel oder mehr des Umfanges der Haltestäbe einnehmen.

Das Elektronenstrahlerzeugungssystem 10 kann jede beliebige Form haben. Jedoch empfiehlt es sich, einen Gleichstrom weg von der Wendel 15 über das System 10 zu einem der Anschlußstifte 17 im Sockel vorzusehen. Nach Fig. 2 besteht dieses System aus einer Kathode 25 und mehreren Elektroden 18, die an den Haltestiften 22 befestigt sind, weiche durch Öffnungen im Isolierring 21 führen.

Der Auffangelektrodenteil 11 ist am besten aus Fig. 5 zu erkennen. Die Auffangelektrode ist mit 27 bezeichnet. Ein Isolierring 26 liegt zwischen der Auffangelektrode 27 und einem Tragezylinder 28, der an den inneren, einwärts weisenden Flächen der Haltestäbe 14 befestigt ist. Zwischen der Auf fangelektrode 27 und dem Zylinder 28 liegt anfänglich ein Schmelzdraht 30, über den die Wendel leitend mit der Auffangelektrode verbunden ist. Es besteht somit, wie schematisch in Fig. 4 dargestellt ist, zunächst ein Gleichstromweg durch die Röhre, welcher von einem der Anechlußstifte 17 über einen Leiter 31, den Zylinder 24, die Wendel 15, den Zylinder 28 und den Schmelzdraht 30 zu der Auffangelektrode 27 führt. Um einen Teil des Glaskolbens 12 auf die Wendelhaltestäbe 14 zusammenzudrücken und dadurch einen Leistungsbetrieb der Wanderfeldröhre bei sehr hohen Frequenzen möglich zu machen, wird nach Evakuierung der Röhre (z. B. mittels einer Vakuumpumpe 36, die durch einen Gummischlauch 37 mit der Auffangelektrode 27 verbunden ist) ein Strom durch den erwähnten Gleichstromweg geschickt, der gemäß Fig. 4 durch einen Leiter 32, einen Schalter 33 und eine Spannungsquelle 39 vervollständigt ist. Die durch diesen Strom in der Wendel 15 erzeugte Wärme reicht aus, um das Glas des Kolbens 12 stark zu erhitzen; die Erhitzung ist jedoch nicht so stark, daß das Glas infolge des Unterdruckes wunschgemäß zusammengedrückt wird. Um dies zu erreichen, ist um den Kolben ein wärmereflektierender Zylinder 40 mit einer spiegelnden Innenfläche gelegt, und zwar an der Stelle, wo das Glas auf die Haltestäbe zusammengedrückt werden soll. Die durch den Zylinder 40 zum Glas reflektierte Wärme reicht für die Temperaturerhöhung

Claims

aus, bei welcher das Glas so weit erweichen kann, daß der Atmosphärendruck das Glas gegen die Wendelhaltestäbe 14 drückt. Das Ausmaß der Zusammendrückung ist an sich gering, da die Wendelhaltestäbe von dem nicht zusammengedrückten Kolben 12 bereits eng umfaßt werden. Es ist wichtig, daß die Wärmemenge und die Zusammendrückung des Glases sorgfältig abgestimmt werden, um zu verhindern, daß das Glas mit der Wendel selbst in Berührung kommt. (Wenn das Glas an der Wendel anliegt, besteht ein dielektrischer Weg für die elektromagnetische Energie auf der Wendel. Über diesen Weg wird Energie »kurzgeschlossen«, welche sonst ihren Weg durch das Innere der Wendel nimmt, wo die Wechselwirkung zwischen der elektromagnetischen Welle und dem Elektronenstrahl stattfindet. Demgemäß werden der Kopplungsgrad und der Wirkungsgrad der Röhre verringert.) Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, das Zusammendrücken des Glaskolbens dadurch zu steuern, daß man innerhalb des Reflektors 40 und vorzugsweise in Berührung mit dem Kolben 12 ein Thermoelement 42 anbringt. Die Zuführungen des Thermoelements können durch öffnungen im Reflektor 40 geführt und mit einer geeigneten Anzeigeeinrichtung 43 verbunden werden. Durch die Erwärmung des ganzen Glaskolbens 12 bis nahe an den kritischen Erweichungsgrad wird der Temperaturunterschied zwischen dem zusammengedrückten und dem nicht zusammengedrückten Teil des Glases auf ein Minimum reduziert; demgemäß werden thermische Spannungen im Glas gering gehalten. Vorteil'hafterweise werden die Stirnseiten des reflektierenden Zylinders 40 teilweise verschlossen, um die Wärme noch schärfer auf den zusammenzudrückenden Abschnitt zu begrenzen. Der reflektierende Zylinder 40 kann so lang sein, daß der gesamte für die Zusammendrückung vorgesehene Teil des Glaskolbens zur gleichen Zeit erweicht und zusammengedrückt wird; der Zylinder 40 kann aber auch kürzer und längs des Kolbens verschiebbar angeordnet sein, so daß der in Frage stehende Teil des Kolbens abschnittsweise erweicht und zusammengedrückt wird. Nach der Zusammendrückung des Kolbens 12 wird der reflektierende Zylinder 40 entfernt und ein Strom zum Entgasen der Wendel durch den erläuterten Gleichstromweg geschickt. Nachdem die Wendel entgast ist, wird der Schmelzdraht 30 durch Anlegen eines kurzzeitigen hohen Stromes durchgebrannt und so der Gleichstromweg durch die Röhre unterbrochen. Die Zuführung 31 und jener Anschlußstift 17, an welchen dieser Strom angeschlossen wurde, können beim späteren Betrieb der Röhre in bekannter Wei se zum Anlegen einer Gleichspannung an die Wendel benutzt werden, oder sie können unbenutzt bleiben. Wenn auch nach der obigen Beschreibung das Entgasen nach dem Zusammendrücken des Glaskolbens vorgenommen wird, so ist diese Reihenfolge nicht wichtig. Es ist durchaus möglich, zuerst die Entgasung der Wendel vorzunehmen. Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel, bei dem die Wendel 15 zuerst entgast wurde und die Wendel aus 0,25 mm dickem Molybdändraht bestand, wurde zum Entgasen ein Strom von 2,89 Ampere für etwa Minuten durch die Wendel geschickt, wobei die Temperatur der Wendel auf der ganzen Wendellänge auf etwa 760° C stieg. Der Wärmereflektor wurde dann um die Wendel gelegt und der gleiche Strom für die Zusammendrückung des Glaskolbens verwendet. Der Wärmereflektor erhöhte die Temperatur des Glaskolbens auf etwa 625° C, und die Zusammendrückung fand in etwa iU Minute statt. Der Strom wurde dann abgeschaltet, die Wendel auf Raumtemperatur abgekühlt und ein Strom von etwa 4 Ampere durch die Wendel geschickt, um den Schmelz draht 30 durchzubrennen, der aus einem 0,15 mm dicken Platindraht bestand. Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Wanderfeldwendelröhren, bei denen die Wendel in einem langgestreckten Glaskolben angeordnet und durch mehrere parallel zur Wendel und um diese herum angeordnete Haltestäbe gehaltert wird, die über einen wesentlichen Teil des Stabumfangs in Berührung mit dem Glaskolben stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel mit den sie halternden Haltestäben in einem Glaskolben von kreisförmigem Querschnitt angeordnet wird, dessen Innendurchmesser annähernd dem Durchmesser des der Wendel-Haltestab-Anordnung umbeschriebenen Kreises entspricht, daß dann außerhalb des Glaskolbens ein wärmereflektierender Metallzylinder längs jenes Abschnitts des Glaskolbens angebracht wird, der zwecks Berührung mit den Haltestäben über einen wesentlichen Teil des Stabumfangs zusammengedrückt werden muß, und daß hierauf nach Evakuierung des Glaskolbens ein Strom durch die Wendel geschickt wird, dessen Stärke so bemessen ist, daß der im Bereich des wärmereflektierenden Metallzylinders bis zur Erweichungstemperatur erhitzte Glaskolben durch den äußeren Atmosphärendruck in dem gewünschten Maße zusammengedrückt wird, ohne daß er bis auf die Wendel zusammenfällt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Entfernung des wärmereflektierenden Zylinders durch die Wendel ein Strom geschickt wird, der so bemessen ist, daß eine Entgasung der Wendel stattfindet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der die Wendel durchfließende Strom innerhalb des Glaskolbens über einen Schmelzdraht zu der Auffangelektrode der Röhre fließt, dadurch gekennzeichnet, daß nach Entfernung des wärmereflektierenden Zylinders ein Strom solcher Stärke durch die Wendel geschickt wird, daß der Schmelzdraht durchbrennt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 832 781.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 931 614.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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