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.Verfahren zur Herstellungeines großflächigen Elektrod'ensystems für
gas- oder dampfgefüllte Entladungsgefäße und nach diesem Verfahren hergestelltes
Entladungsgefäß Es ist bekannt, gas- und dampfgefüllte steuerbare elektrische Entladungsgefäße,
z. B. die sogenannten Kopfstromverstärker, zu bauen, bei denen infolge der auftretenden
Ionisierung verhältnismäßig größere Leistungen bei niedriger Spannung umgesetzt
werden können als in Hochvakuumgefäßen. Bisher ist es jedoch nur geglückt, solche
Röhren für eine Leistung von einigen hundert Watt herzustellen, da die Schwierigkeit
auftrat, die Elektroden während des Betriebs dauerhaft in konstantem Abstand voneinander
zu erhalten. Im Gegensatz zu Vakuumgefäßen, bei denen man die Elektrodenanordnung
und den Elektrodenabstand lediglich nach den gewünschten Durchgriffsverhältnissen
bemißt, ist bei dampfgefüllten Röhren der zulässige maximale Elektrodenabstand durch
den Druck und die Art des Füllgases oder -dampfes bedingt. Bei den üblichen Röhren
liegt dieser Abstand etwa zwischen o,5 bis 2 mm. Mat hat nun die Beobachtung gemacht,
daß es sehr schwierig ist, wirklich dauerhaft derartige Abstände bei Elektrodenoberflächen
über 20 cm2 zu wahren. Infolge der unvermeidlichen Wärmeausdehnung besteht die Gefahr,
daß sich Teile der Elektroden so stark nähern, daß innere Kurzschlüsse auftreten,
während wieder andere Teile voneinander so großen Abstand bekoinmen können, daß
unerwünschte Entladungsdurchbrüche auftreten. Die vorliegende Erfindung betrifft
nun ein Verfahren zur Herstellung eines großflächigen, einer elektronenspendenden
Kathode zugeordneten Elektrodensystems für gas- oder dampfgefüllte Entladungsgefäße,
durch welches die genannten Schwierigkeiten vermieden werden. Das herzustellende
Elektrodensystem besteht in an sich bekannter Weise aus einer Mehrzahl elektrisch
verschiedener und in engem Abstand voneinander befindlicher Elektroden, z. B. aus
Emissionsgitter, Steuergitter und Verstärkeranode. Erfindungsgemäß wird nun so verfahren,
daß eine Anzahl von untereinander gleichartigen, in der Elektrodenanordnung dem
gewünschten großen Elektrodensystem entsprechenden, in sich selbständigen kleinen
Elektrodensystemen (Teilsystemen j, die einzelnen unter Verwendung von Isolierkörpern
als Mittel zur Halterung und Distanzierung der Elektrode hergestellt sind, unter
elektrisch leitender Verbindung der einander in den Teilsystemen jeweils entsprechenden
Elektroden derart auf eine Halterung aneinandergereiht wird, dä.ß ein in seiner
Längsrichtung und gegebenenfalls auch Querrichtung unterteiltes großflächiges, elektrisch
eine Einheit bildendes Elektrodensysteni entsteht.
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Es ist bereits bekannt, Röhren mit mehreren innerhalb derselben Hülle
angeordneten Elektrodensystemen auszurüsten. Diese Elektrodensysteme sind für sich
selbständig
und erfüllen verschiedene Funktionen, z. B. ist es gebräuchlich,
mehrere in Kaskaden geschaltete Verstärkersysteme innerhalb desselben selben Gefäßes
unterzubringen. In keinez11 der genannten Fälle handelt es sich jedq@jä um eine
Unterteilung eines großflächigen'.;, Elektrodensystems in eine Anzahl gleicl=,**'
wertiger Teilsysteme entsprechend der Erfindung mit dem Ziele, die schädlichen Einflüsse
der Wärmeausdehnung' zu verhindern. Für Hochväkuumröhren wurde auch der Vorschlag
gemacht, zwei innerhalb desselben Gefäßes untergebrachte Elektrodensysteme gegebenenfalls
parallel zu schalten; bei Höchvakuuniröhren tritt jedoch weder das Problem der starken
Deformation der Elektroden bei sehr geringen Elektrodenabständen auf, noch kann
eine Übertragung des Gedankens einer Parallelschaltung ganz allgemein auf Gasentladungsröhren
einen Erfolg bringen, da bei Parallelschaltung zweier Entladungsstrecken in einem
Gasraum Instabilitätserscheinungen auftreten. Man muß vielmehr, dem Grundgedanken
der Erfindung folgend; die Unterteilung so vornehmen; daß alle Teilsysteme von .einer
Elektronenquelle gespeist werden, wobei in Wirklichkeit nur ein großflächiges Elektrodensystem
vorhanden, die Anordnung aber so getroffen ist, daß die thermische Ausdehnung der
Elektroden keine schädlichen Wirkungen hervorzurufen vermag.
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In den Fig. i bis io sind Beispiele der Erfindung dargestellt.
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Die Fig. i zeigt eine nach Art der sogenannten Kopfstromverstärker
arbeitende Entladungsröhre, bei der das großflächige Elektrodensystem in seiner
Längsrichtung unterteilt ist und aus drei Teilsystemen 8, g und io gebildet ist.
In den Quetschfuß i des Entladungsgefäßes 2 sind drei Zuleitungen, und zwar die
Zuleitung 3 für die Anode (--- sogenannte Verstärkeranode), 4. für das Emissionsgitter
(= Anode der Gasentladung) und 5 für das Steuergitter eingeschmolzen. Die Zuleitungs-
und Haltedrähte 6 und dienen gleichzeitig. als Halterung für die Teilsysteme 8,
g und io. Als Elektronenquelle dient beispielsweise eine Glühkathode i i, welche
von der entgegengesetzten Seite wie das großflächige Elektrödensystem in das Entladungsgefäß
eingeführt ist.
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Ein Teilsystem ist in der Fig. 2 gezeichnet. Es besteht aus einem
keramischen Rahmen, der wiederum aus zwei Teilen 12 und 13 zusammengesetzt ist,
die durch Querstücke 14 und 15 in dem gewünschten Abstand gehalten werden. Der so
gebildete Rahmen kann natürlich auch anders hergestellt sein; er kann beispielsweise
aus zwei Winkeln oder aber sogar nur aus einem Stück bestehen. Die Teile 12 und
13 sind in der Längsrichtung durchbohrt, so daß durch sie die Elektrodenhaltedrähte
6 und 7 hindurchgehen können, wie es auch aus der Fig. 3 deutlich :-.'ersichtlich
ist. Der Rahmen dient als Träger . für die Elektroden, und zwar ist bei dem beschriebenen
Beispiel eine, zentrale Anode 16 vorgesehen, vor der beiderseits ein Steuergitter
17 liegt. Dieses Gitter kann beispielsweise als Wickelgitter ausgebildet sein. Um
den Rahmen herum ist ein weiteres Gitter 18 gewickelt, welches das Emissionsgitter
darstellt. Die Zuleitung 2o zu der Anode 16 wird zweckmäßig durch eine Bohrung im
Innern eines der Seitenteile hindurchgeführt und mündet in die Längsbohrung i9.
Bei Aufschieben des so gebildeten Teilsystems auf die Haltedrähte 6 und 7 kommt
diese Zuführung 20 mit dem Haltedraht 7 in Kontakf; sie kann überdies noch mit 7
verschweißt werden. In ähnlicher Weise ist ein Anschlußdraht 21 für das Steuergitter
17 vorgesehen, der gleichzeitig die Einzelwindungen des Steuergitters kurzschließt.
Diese Anordnung bietet den Vorteil, daß die Verbindungsstelle zwischen der Zuleitung
2o bzw. 21 mit den Haltedrähten 7 bzw. 6 durch das nächstfolgende System abgedeckt
wird. Die Zuleitung des obersten Teilsysterris wird zweckmäßig durch Isoliermaterial
2?- abgedeckt (Fig. i). Ebenso empfiehlt es sich, Abdeckungen 23 und 24 aus Isoliermaterial
anzubringen, um die freien Teile 6 und 7 der Haltedrähte gegen Entladungsansatz
zu schützen. Es kann weiter nötig sein, sonstige leitende Teile mit isolierenden
Abschirmungen zu versehen, z. B: die Kanten der Teilelektrodensysteme, etwa die
nicht durch das Emissionsgitter 8 abgeschirmten, auf den Querbalken 14., 15 frei
liegenden Windungsstücke des Steuergitters 17, z. B. die Stellen 25 (Fig. i und
z).
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Man kann, um größere Leistungen zu erzielen, auch eine Anordnung wählen,
wie sie in der Fi.g. q. dargestellt ist, wobei zwei Anordnungen nach Fig. i bis
3 nebeneinandergesetzt sind, so daß ein in seiner Längs- und Querrichtung unterteiltes
großflächiges Elektrödensystem entsteht. Die Zahl der verwendeten Teilsysteme ist
beliebig und richtet sich nach dem jeweiligen Verwendungszweck und der gewünschten
Leistung.
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Während bei den vorstehend beschriebenen Konstruktionen -die Elektrodensysteme
als rahmen- oder kastenförmige Gebilde ausge- i bildet waren, werden bei den Anordnungen
nach den Fig. 5 bis io die Elektroden zylindrisch ausgebildet, und zwar ist die
Konstruktion bei den Fig. 5 bis 7 derart, daß sich die Anoden innen befinden, während
die übrigen Elektroden die Anode umgeben. Bei den Fig. 8 bis iö liegt die Anode
außen, und
die übrigen Elektroden sind im Innern angeordnet.
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In der Fig. 5 ist mit 26 das Entladungsgefäß bezeichnet. In dieses
Entladungsgefäß ragt ein Quetschfuß 27, welcher eine indirekt geheizte Kathode 28
mit einem Strahlungsschirm 29 trägt. Der Glimmerteller 3o hält Wärmestrahlung vom
Fuß fern.
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Das durch die anderen Elektroden gebildete Elektrodensystem ist von
oben in die Röhre eingeführt, und zwar ist die Anode 31 an der Stelle 32 ringförmig
mit der Glaseinstülpung 33 verschmolzen. Die topfartige Anode kann zweckmäßigerweise
innen ein Rohr 34 tragen, welches Löcher 35 besitzt, durch die ein Kühlmittelstrom,
beispielsweise Preßluft, in der Pfeilrichtung hindurchtreten kann. Die Anode
31 ist von den übrigen Elektroden, im Falle des Beispiels von dem Steuergitter
36 und dem Emissionsgitter 37, umgeben.
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In den Fig. 6 und 7 ist die Konstruktion des über die Anode
31 geschobenen Systems deutlich zu erkennen. Hier besteht nur das durch Steuergitter
und Emissionsgitter gebildete Elektrodensystem aus einer Anzahl von Teilsystemen,
welche durch ringförmige keramische Körper in ihrer Lage gehalten werden. In den
Fig. 6 und 7 sind diese ringförmigen keramischen Körper nicht gezeichnet, sondern
nur -die zwischen den keramischen Körpern 38, 39, 40, 41, 42, 43, 444 befindlichen
Teile. Wie man aus der Fig. 5 erkennt, ist auf das untere Ende der Anode ein kappenartiger
Isolierteil 38 als Halterung und Abs@hluß geschraubt. Zwischen zwei Keramikringen,
also beispielsweise zwischen einem Ring 39 und einem Ring 40, befinden sich die
in den Fig. 6 und 7 dargestellten Teile. Das Steuergitter besteht aus einer beispielsweise
über einen Dorn gewickelten Wendel 45 aus Tantal, Molybdän o. dgl., auf welches
Molybdäno. dgl. Stäbe 46 aufgeschweißt sind, so daß ein käfigartiges Gebilde entsteht.
Auf die Stäbe 46 sind Isolierstücke 47 gut passend aufgedrückt. Die gute Passung
erreicht man dadurch, daß man diesen Isolierteilen nicht nur halbkreisförmigen Querschnitt
gibt, sondern einen Querschnitt, der etwas über die Halbkreisform hinausgeht, so
daß sie mit Druck auf die Stäbe 46 aufgepreßt werden können, wodurch gleichzeitig
eine größere Steifigkeit der Gittertragstäbe 46 erzielt wird. Über die so gebildete
Isolation wird das Emissionsgitter 48 ,gezogen, welches ein Stanzgitter oder auch
Wickelgitter sein kann. Die Zuführung zu dem Emissionsgitter ist mit 49 und die
zu dem Steuergitter mit 5o bezeichnet.
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Die Montage der Teilsysteme kann beispielsweise derart erfolgen, daß
zunächst das Gitter 45 auf einen geteilten Dorn aufgewickelt und dann die Stäbe
46 aufgeschweißt werden. Nach Aufbringen der Isolierteile 47 und nach Aufschieben
des Stanzgitters 48 werden die keramischen Ringe 39 und 4o (Fig. 5) aufgeschoben,
und zwar derart, daß die Metallstäbe 46 in Aussparungen der keramischen Ringe hineinpassen.
Die Enden der Stäbe 46 sind zweckmäßigerweise etwas breit gedrückt, so daß sie mit
Druck in gleichmäßig auf dem Umfang der keramischen Ringe angebrachte Vertiefungen
hineinpassen. Nach Entfernen des Dornes wird der Druck des Emissionsgitters 48 und
der Zug des Steuergitters 45 durch Vermittlung der Querträger 46, 47 von den keramischen
Ringen aufgenommen. Die elektrische Verbindung der Teilsysteme untereinander erfolgt
durch besondere Verbindungsdrähte oder Laschen. Man erkennt deutlich aus der Figur,
wie die Emissionsgitter durch Verbindungsstellen 51, 51' miteinander verbunden sind.
Die Verbindung der Steuergitter miteinander ist aus zeichnerischen Gründen unterblieben.
Sie kann in der Weise erfolgen, daß die keramischen Ringe 40, 41, 42, 43 usw. mit.
Bohrungen versehen sind, welche schräg nach außen führen. An die Steuergitter werden
dünne Zuleitungsdrähte angeschweißt, die außerhalb der Ringe miteinander verschweißt
werden. Nach erfolgter Verschweißung werden die Schweißstellen in die Bohrungen
zurückgestoßen und gegebenenfalls mit einem Isolierstoff, z. B. Aluminiumoxyd, verkittet.
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Eine ähnliche Ausführung, bei der jedoch die Steuer- und Emissionsgitter
innerhalb der Anode angeordnet sind, ist in der Fig. 8 dargestellt. Die Topfanode
52 hat bei 53 eine Erweiterung und ist bei 54 ringförmig mit dem Glasteil
55 verschmolzen. Dieser Glasteil 55 hat eine Einstülpung 56 mit einem Quetschfuß
57, welcher die Kathode 58 sowie die Zuleitungen 59 zum Steuergitter und die Zuleitung
6o zurre Emissionsgitter trägt. Das im Innern der Anode angebrachte Elektrodensystem
besteht im Falle des Beispiels aus drei Teilsystemen, die in den Fig. 9 und ro dargestellt
sind. Die Anode 52 ist von einem Kühlmantel 61 umgeben, welcher eine Zuleitung 62
und eine Ableitung 63 für den Kühlmittelstrom besitzt.
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Das in den Fig. 9 und ro dargestellte Teilsystem besteht aus einem
mit Durchbrechungen versehenen keramischen Körper 64, der ein käfigartiges Gebilde
darstellt. Im Innern dieses keramischen Körpers, der natürlich auch aus Einzelteilen
zusammengesetzt sein Bann, ist das Emissionsgitter 65 angebracht. Die Befestigung
kann in der Weise erfolgen, daß man das zweckmäßig aus federndem Blech bestehende
Stanzgitter etwas zusammendrückt, in das Innere des Rohrkörpers einführt und dann
auseinanderfedern läßt. Wie
aus der Figur ersichtlich, kann bei
66' eine ringförmige Nut vorgesehen sein, in die das Gitter eingeschoben wird. Auf
der anderen Seite wird das Gitter etwa durch einen Metallstift 6.7 in dieser Lage
fixiert. Über die keramischen Querstäbe 68 ist das Steuergitter 69 gewickelt. Der
keramische Körper enthält eine in den Fig. io und 8 deutlich erkennbare Rippe 7o,
die im Innern eine Bohrung enthält und zur Aufnahme der Zuführung 71 zum
Steuergitter 69 dient. Man erkennt aus der Fig.8 deutlich, wie der Zuführungsdraht
59 -an den Stellen 72, 73 und-7q. mit den Steuergitterende.n verschweißt ist. Die
Schweißstellen liegen im Innern der keramischen Körper und sind somit gegen Glimmansatz
geschützt. Die Verbindung der Emissionsgitter kann außerhalb des keramischen Körpers
erfolgen und ist auf der Fig. 8 bei 75, 76 und 77 zu sehen. Um eine direkte Entladung
zwischen der Kathode 58 und dem erweiterten Teil 53 der Anode zu verhindern,
ist eine Manschette 78 aus Isolierstoff vorgesehen, welche an dem Teil 79 des Quetschfußes
verhältnismäßig eng anliegt, eventuell unter Zwischenlage von Asbest o. dgl.
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Entsprechend wird eine direkte Entladung von-dem oberen Teil der Anode
zur Kathode 58 -durch - eine Platte 8o aus Isolierstoff verhindert.
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Als Isoliermaterial ist es zweckmäßig, gut wärmeleitendes Oxyd zu
verwenden. Besonders zweckmäßig hat sich in der Praxis Berylliumoxyd-erwiesen. Umeine
gute Kühlung zu erzielen, kann es weiter von Vorteil sein, die wärmeabstrahlende
Oberfläche des Isoliermaterials gleich oder größer zu machen als die wärmeabstrahlende
Anodenoberfläche.