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Die Erfindung bezieht sich auf ein Gaslaserohr, und
insbesondere auf eine Konstruktion zum Halten und Fixieren einer
Kathode desselben.
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Bei einem Gaselaserohr, z.B. einer He-Ne-Gaselaserröhre, wird
eine Kaltkatode aus Aluminium verwendet. Diese Katode besitzt in
der Regel eine zylindrische Form und überlappt in
Längsrichtung eine Kapillarenladungsröhre innerhalb einer
Glasummantelung. Gemäß der am 19. Januar 1982 erteilten US-PS 4,311,969
von William P. Kolb weist eine zylinderförmige Aluminiumkatode
eine langgestreckte zylindrische Zunge auf, die in einer
Mittelöffnung einer Anschlußplatte aus Ni-Fe-Legierung für eine
Umhüllung einsetzbar ist. Diese Anschlußplatte ist so konstruiert,
daß sie einen sich in Achsrichtung erstreckenden mittleren
Halsbereich aufweist, in dem die Mittelöffnung ausgebildet ist.
Die axiale Erstreckung der Katodenzunge ist größer als die
axiale Länge der Öffnung im Halsbereich der Abschlußplatte, so daß
das Ende der Zunge so über den Halsbereich gehämmert werden
kann, daß sowohl über die Abschlußplatte ein elektrischer
Kontakt hergestellt wird als auch gleichzeitig die Zunge mechanisch
gut abgestützt werden kann.
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Der unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizient bei Aluminium
und einer Ni-Fe-Legierung beeinträchtigt jedoch die
Zuverlässigkeit der dazwischen hergestellten elektrischen Verbindung.
Temperaturänderungen treten auf, wenn in einer
Spiegelhalterung mit niedrigschmelzendem Glas ein Resonatorspiegel
eingesiegelt
ist, oder wenn die gesamte Gaslaserröhre in einem Oben
gesintert wird, um Glas aus der Umhüllung abzuziehen.
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Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Aluminium ist mehr als
dreimal höher als bei einer Ni-Fe-Legierung. Beispielsweise
beträgt der Wärmeausdehnungskoeffizient bei einer sogenannten
426-Legierung 90 x 10&supmin;&sup7;/ºC bei einer Temperatur zwischen 30
und 300 ºC, während der Wärmeausdehnungskoeffizient von Al
29 x 10&supmin;&sup6;/ºC, bei einer Temperatur von 0 bis 600 ºC beträgt. Bei
Erwärmung auf eine hohe Temperatur besteht somit bei einer
Aluminiumkatode die Neigung zur Ausdehnung nach außen, doch
da die Abschlußplatte sich nicht so stark ausdehnt wie die
Katode, wirkt auf die Kontaktstelle eine innen wirksame Kraft. Da
Aluminium viel weicher ist als die 426-Legierung, wird die
Stelle, auf die die Kraft einwirkt, im Vergleich zu anderen Stellen,
an denen keine Kraft einwirkt, offensichtlich nach innen
verformt. Sinkt die Temperatur von solchen Zustand auf die
normale Betriebstemperatur ab (mehrere ºC 10), wird die Katode
deutlich nach innen zusammengedrückt und darunter leidet die
Ausrichtung zwischen der Katode und der Innenfläche der
Abschlußplatte.
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Wie bereits erwähnt wirkt sich die vorstehend genannte
Konstruktion zur Fixierung der Katode insofern nachteilig aus, als
infolge der thermischen Hysterese die Ausrichtung und die
elektrische Kontaktierung der Katode beeinträchtigt werden, und
wenn auf die Röhre Schwingungen oder Stöße einwirken, wird
ein elektrischer Entladungsvorgang augenblicklich unterbrochen.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung wurde mit dem Ziel entwickelt, Probleme dieser
Art, wie sie beim Stand der Technik anzutreffen sind, zu
umgehen, wobei die Aufgabe gestellt wurde, eine Gaslaserröhre zu
schaffen, die nicht zur thermischen Hysterese bei der
Konstruktion
zur Fixierung der Katode neigt, und die gegenüber
Schwingungen und Stößen hochwiderstandsfähig ist. Zur Lösung dieser
Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Gaslaserröhre vorgesehen, die
ein erstes hohles Metallteil aufweist, das mit einem ersten
Spiegel an einem Ende befestigt ist, sowie ein hohles Katodenteil,
dessen eines Ende in eine Öffnung am anderen Ende des ersten
hohlen Metallteils eingesetzt und dort abgestützt ist, eine
Kapillarenladungsröhre, deren eines Ende in der Öffnung am
anderen Ende des Katodenteils (5) angeordnet ist, ein Außengehäuse
(7), welches die Kapillarentladungsröhre und das Katodenteil (5)
enthält, sowie ein zweites hohles Metallteil, auf dem
Außengehäuse auf der Seite der anderen Seite der Entladungsröhre
angeordnet ist, welch einen darauf fixierten zweiten Spiegel
abstützt, der zusammen mit dem ersten Spiegel einen optischen
Resonator bildet, und die gekennzeichnet ist durch eine
elektrisch leitfähiges Federteil, welches das Katodenteil mit dem
ersten hohlen Metallteil elektrisch und auch mechanisch verbindet.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Fig. 1 ist eine Schnittansicht mit der Darstellung des ersten
Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Gaslaserröhre;
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Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht aus Fig. 1 mit der
Darstellung von Einzelheiten des Teils A in Fig. 1;
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Fig. 3A zeigt in Draufsicht ein erfindungsgemäßes Metallteil 8;
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Fig. 3B und 3C sind jeweils Teilschnittansichten zur Erläuterung
des Vorgangs der Abstützung/Fixierung der Katode mit dem
Metallteil 8 aus Fig. 3A;
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Fig. 4 zeigt in Draufsicht das zweite Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Metallteils;
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Fig. 5 ist ein Querschnitt durch das dritte Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Gaslaserröhre;
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Fig. 6 ist ein vergrößerter Ausschnitt aus Fig. 5 mit der
Darstellung von Einzelheiten des Teils B in Fig. 5;
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Fig. 7A zeigt in Draufsicht das Metallteil 82 aus Fig. 5;
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Fig. 7B ist eine Seitenansicht des Metallteils 82 aus Fig. 7A; und
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Fig. 8 ist eine Teilschnittansicht mit der Darstellung des vierten
Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Gaslaserröhre.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Gemäß Fig. 1 bis 3 wird jeweils ein Paar Spiegel 11, 12 für
einen optischen Resonator mittels hohler Metallstützteils 21, 22
fixiert und abgestützt, die an den beiden Enden eines
Glaskolbens 7 über Abschlußplatten bzw. Metalldichtscheiben 31, 32
angebracht sind. Der Glaskolben 7 ist ein Teil eines Außengehäuses.
Es ist eine zylinderförmige Aluminiumkatode 5 vorgesehen, die
sich an einem Ende nach außen öffnet und eine geformte
Konstruktion aufweist, welche einen größeren Teil ihres anderen
Endes abschließt. Auf die Metallscheibe 32 ist ein Absaugrohr 4
aus Metall aufgelötet, während auf einem Stützteil 22 aus Ni-Fe-
Legierung eine langgestreckte zylindrische Zunge 51 der hohlen
Aluminumkatode 5 befestigt ist.
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Die Katode 5 wird dem folgenden Verfahren fest mit dem
Metallstützteil 22 kontaktiert. Gemäß Fig. 3B wird die Zunge 51
der Aluminiumkatode 5 in Öffnungen im Metallteil 8 und im
Metallstützteil 22 eingeschoben. Das Metallteil 8 wird zuvor durch
Punktschweißen an den mit X bezeichneten Stellen am
Metallstützteil 22 auf einer Stirnfläche nahe der Katode angebracht.
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Anschließend wird, wie Fig. 3C dies zeigt, eine Preßlehre 9
unter Druck eingeführt, während die Spitze der Aluminiumkatode 5
unter Kraftaufwand so verformt wird, daß sie sich an die Form
der Spritze der Lehre 9 anpaßt, damit die Katode 5 und eine
Innenwandung des Teils 22 jeweils in festen und enganliegenden
Kontakt gebracht werden.
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Die Aluminiumkatode 5 wird in die mit einem Pfeil in Fig. 3C
angedeutete Richtung durch die Federkraft des Teils 8 so
gezogen daß sie fest in das Stützteil an einem Schulterbereich 221
angepaßt ist. Da die aus Aluminium bestehende Katode 5 weicher
ist als das Teil 8 aus Edelstahl, stehen die Vorsprünge 10 auf
dem Teil 8 und der Aluminiumkatode in ausreichendem Eingriff
miteinander, um eine Abweichung voneinander in Drehrichtung
zu verhindern. Auch wenn somit eine thermische Hysterese
gegeben ist, wirkt sich dies kaum negativ auf den engen Kontakt
der Aluminiumkatode aus, und damit ist die elektrische
Verbindung zwischen der Aluminiumkatode 5 und dem Metallstüzteil 22
gewährleistet.
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Das Metallteil 8 weist nicht unbedingt Vorsprünge auf, und es
kann, wie Fig. 4 dies zeigt, ein Metallteil 81 in Form eines
runden Wulstes sein, dessen Innendurchmesser kleiner ist als der
Außendurchmesser des Kathodenendes, während es am
Innenumfang so eingeschnitten ist, daß eine Reihe von Schlitzen bzw.
Kerben gebildet wird.
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Die vorstehend beschreibenen Ausführungsbeispiels der
Erfindung verbessern deutlich die Betriebssicherheit der
Gaslaserröhre, da die elektrische Verbindung zwischen den
Metallstützteilen und der Katode sowie die Fixierung der Katode daran
auch nach Temperaturveränderungen aufrechterhalten werden
können, indem ein Metallteil in Form eines Rundwulstes mit
mehreren Vorsprüngen auf seinem Innenumfang mit einem
Metallstützteil ausgestattet wird, das auf einer Stirnfläche, die näher
zur Katode hin liegt, angesetzt ist, und indem die
Aluminiumkatode mit Hilfe der Federkraft der Vorsprünge sowie unter
Ausnutzung des Eingriffs zwischen der weichen Aluminiumkatode
und den starren Vorsprüngen fixiert und abgestützt wird.
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Fig. 5 bis 7 zeigen das dritte erfindungsgemäße
Ausführungsbeispiel. In den Fig. 7, 8 und 9 sind gleiche Teile auch mit den
gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 angegeben. Aus Fig. 5 und
6 wird deutlich, daß zum Zusammenbau einer Laserröhre eine
Zunge 51 einer Aluminiumkatode 5 in ein Metallstützteil 22
eingesetzt wird, und daß danach ein Federteil 82 in das Teil 22
von außen (d.h. von der Seite der Spiegel her) eingesetzt wird,
das dann mit Preßpassung in eine Vertiefung innerhalb des
Teils 22 eingesetzt wird. Damit wird die Aluminiumkatode 5
durch das eingesetzte Federteil 82 so verformt, daß es fest in
die im Teil 22 ausgebildete Vertiefung bzw. Nut 222 paßt. Infolge
der Federkraft des Teils 82 wirkt auf die Kontaktstelle konstant
eine nach außen gerichtete Kraft ein.
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Besteht das Federteil 82 aus einem Metall, dessen
Wärmeausdehnungskoeffizient kleiner ist als bei Aluminium, z. B. aus
Federstahl, so kann auch nach Temperaturänderungen sowohl der
elektrische als auch der mechanische Kontakt zwischen der
Aluminiumkatode 5 und dem Metallstützteil 22 aufrechterhalten
werden.
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Fig. 8 zeigt das vierte Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Hierbei wurde das Federteil zuvor mechanisch auf einer
Aluminiumkatode 5 fixiert, beispielsweise durch Einsetzen eines Paars
Stifte 831 des Federteils 83 in ein Paar Löcher auf einem
verjüngten Ende der Aluminiumkatode 5. Wird die Katode 5 in das
Metallstützteil 22 mit dem darauf fixierten Federteil eingesetzt, so
wird das Federteil 83 in eine konische Nut 223 eingepaßt, die
auf der Innenseite des Teils 2 ausgebildet
ist. Dieses
Ausführungsbeispiel ist insofern von Vorteil, als die Form der Nut auf
der Innenseite des Metallstützteils 22 einfacher sein kann.
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Das Verfahren zur Fixierung der Katode einer
erfindungsgemäßen He-Ne-Laserröhre besteht darin, daß die Katode auch nach
dem Auftreten von Temperaturveränderungen im Verlauf der
Fertigung der Gaslaserröhren fehlzentriert ist, da die Kathode
konstant unter der Kraft des Federteils zu den Metallstützteilen
hin gedrückt wird. Besteht das Federteil 8 aus einem Metall,
dessen Wärmeausdehnungskoeffizient kleiner ist als bei
Aluminium - z.B. aus Federstahl - so wird der elektrische und der
mechanische Kontakt zwischen der Aluminiumkatode 5 und dem
Metallstützteil 22 sicher aufrechterhalten, auch wenn die Röhre
infolge der Wärmeeinwirkung sich verformt, während die
elektrischen Entladungsvorgänge auch wenn nicht unterbrochen
werden, wenn auf die Röhre Schwingungen oder Stöße einwirken.