DE2135439A1 - Vorrichtung mit hnienformigem Elek tronenstrahl - Google Patents

Description

Vorrichtung mit linienfönnigem Elektronenstrahl

Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen mit linienförmigen oder geradlinien Elektronenstrahlen zur Verbesserung des Wirkungsgrades und der Lebensdauer des Betriebs von Leistungsröhren mit ElektronenbUndelung und insbesondere, jedooh nicht ausschließlich, auf die Schaffung einer robusten, temperaturwechselfesten ElektronenstrahlVorrichtung zum Betrieb mit verringerten Potentialen in einer Hoohfrequenz-Vakuum-Leistungsröhre mit Qesohwindigkeitsmodulation»

Es gibt verschiedene Arten von Hoohfrequenz-Vakuum-Leistungsröhren, die Elektronenstrahlen mit Elektronenströmen mit hoher Dichte und hohen Geschwindigkeiten verwenden, wie z.B. Oeschwindigkeitsmodulations-Röhren der Wanderwellen· und Klystron-Art. Bei derartigen Vorrichtungen erfolgt die Erzeugung und Beschleunigung des Elektronenstrahls in einem Kathoden-Anoden-Bereich, worauf der Strahl in einen getrennten Bereich gelangt, in dem die kinetische Energie des Strahls teilweise zur Verstärkung hochfrequenter elektro-

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magnetischer Schwingungen verwendet wird· Bei vielen anfänglichen Konstruktionen derartiger Röhren gelangt der Elektronenstrahl, der noch eine ziemlich hohe kinetische Energie hat, aus dem Hochfrequenz-Wechselwirkungs-Aufbau heraus und wird in einem dritten Bereich als Wärme in einer Kollektor-Elektrode verbraucht» die auf dem gleichen Potential in bezug auf Nasse gehalten wird» wie der Wechselwirkungsaufbau· Die als Wärme vernichtete Leistung bewirkt direkt einen niedrigen Betriebswirkungsgrad, was die Verwendung zusätzlicher Leistung in Verbindung mit speziellen» in vielen Fällen aufwendigen und räumlich großen Strömungsmittel-Ktlhlungsvorrlohtungen erfordert» um die Temperatur des Kollektors auf einem annehmbaren Betriebspegel zu hai. ten. Die auf das Innere eines derartigen Kollektors aufprallenden Elektronen mit hoher Geschwindigkeit erzeugen in vielen Fällen außerdem eine intensive Röntgenstrahlung» die eine schwere und aufwendige Abschirmung aus GesundheitsschutzgrUnden erforderlich machen.

Es wurde gezeigt» daß der Gesamtwirkungsgrad derartiger Elektronenstrahlröhren beträchtlich dadurch erhöht werden kann» daß speziell aufgebaute Elektronenstrahl-Kollektorvorrichtungen verwendet werden» die bei beträchtlich unterhalb des Potentials der Hoohfrequenz-Weohselwirkungs-Anordnung liegenden Potentialen betrieben werden. Derartige Kollektorvorriohtungen sind als Kollektorvorrichtungen mit verringertem Potential bekannt und ermöglichten eine verbesserte Ausnutzung der gesamten kinetischen Energie des Elektronenstrahls. Außerdem wird durch die stark verringerte Erwärmung des Kollektors eine beträchtlich geringere Leistung für die Kühlung des Kollektors verbraucht und einfache Luftkühlungssysterae bilden in vielen Fällen einen ausreichenden Ersatz für die vorher erforderliohen komplizierten Flüssigkeits-KUhlsysteme ο Die Erzeugung von Röntgenstrahlung wird außerdem verringert» wodurch eine Verringerung

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der Abschirmung gegen die zerstörenden Eigenschaften dieser Strahlung ermöglicht wird·

Der Kollektor mit verringertem Potential ergibt an sich eine Anzahl von im allgemeinen widerstreitenden und schwierigen Erfordernissen» die die Erzielung eines befriedigenden und wenig aufwendigen Aufbaues schwierig machen· Es besteht eine große elektrische Potentialdifferenz zwischen der hoohfrequenten Wechselwirkungen-Anordnung der Röhre und dem Kollektor mit verringertem Potential, so daß eine ausreichende Hochspannungs-Isolation zwischen diesen beiden Elementen geschaffen werden muß. Die elektrische Isolationsanordnung muß zur glelohen Zelt einen Wärmepfad mit niedriger Temperaturimpedanz von dem Kern des Kollektors zu dem äußeren Kühlkörper ergeben· Die Metall- und Isolator-Teile des Kollektorsystems sind hohen Temperaturgradienten und hohen Temperaturgradienten-A^erungsgesohwindlgkeiten oder Temperaturänderungen ausgesetzt. Wiederholte Zyklen vom Null-Zustand bis zu dem Zustand bei einem hohen therraisahen Betriebsgradienten müssen ertragen werden können« wenn die Vakuumröhre befriedigende Betriebseigenschaften über eine lange Lebensdauerperiode aufweisen soll > Bekannte Entwürfe für Vakuumröhren mit Kollektoren mit verringertem oder abgesenktem Potential neigen in bekannter Weise zu abrupten Ausfällen sowohl bei der Herstellung als auch bei der Anwendung, und zwar aufgrund der oben erwähten Probleme. Der Bruch der Verbindungen zwiechen den Isolator- und Metallteilen tritt aufgrund von Temperaturänderungen im Betrieb oder aufgrund von einfachen mechanischen Stößen während des Transports oder des Einbaues häufig auf₀

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit linienförmigem oder geradlinigem Elektronenstrahl umfaßt Strahlformungsvorriohtungen, mit dem Elektronenstrahl in Bnergi«austauschte Ziehung stehende Hoohfrequenz-SohaltungBanordnungen, mit Abstand von den

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Hochfrequenz-Schaltungsanordnungen angeordnete hohle Elektronenstrahl-Kollektorvorriohtungen mit einer sich axial er-, streckenden Innenoberfläche zum Auffangen der Elektronen und einer sich axial erstreckenden äußeren Oberfläche, die Elektronenstrahl-Formungsvorrichtung und die Hochfrequenz-Sohaltungsanordnung haiternde Vakuumgehäusevorrichtungen sowie flexible Halterungsvorriohtungen zur Halterung der Elektronenstrahl-Kollaktorvorrichtung innerhalb der Vakuumgehäusevorrichtung, wobei die flexible Halterungsvorrichtung fest an der äußeren Oberfläche und an der Vakuumgehäusevorriehtung in Wärmeaustausohheziehung befestigt ist»

Die vorliegende Erfindung kann isur Schaffung einer robusten Elektronenstrahl-Kollektorvorriehtung von der Art mit abgesenktem Potential zur Anwendung in Gesohwindigkeitsmodulation-Vakuumröhren« wie z.B. Wanderwellen-Röhren und Klystrons sowie In anderen Leistungsröhren mit Elektronenbündelung zur Verbesserung ihres Betriebswirkwngsgrades ausgenutzt werden« Die^:Strahl-Kollektorverrichtung wird vorzugsweise bei Potentialen unterhalb des Potentials der Hochfrequenz-Wechselwirkungs-AnordriUng der Elektronenstrahlröhre verwendet» so daß ein beträchtlicher Teil der kinetischen Energie« die in dem Elektronenstrahl bei Austreten aus dem Hoohfrequenz-Wechselwirkungsbereich verbleibt, zurückgewonnen werden kann, anstatt daß er als Wärme verloren geht. Die Elektronenstrahl-Kollektorvorrichtung ist vorzugsweise aus Anordnungen von keramischen und metallischen Elementen aufgebaut« die derart miteinander verbunden sind« daß sich verringerte Scherkräfte auf die Keramlk-Metall-Verbindimgen ergeben« und daß entsprechend ein langlebiger Betrieb der Vakuumröhrenanordnung erzielt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispielen noch näher erläutert.

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In der Zeichnung zeigen j

Fig· X ein erläuterndes« die Vorrichtung darstellendes Schaltbild;

Pig« 2 einen Querschnitt« der ausführlicher die

neuartigen Bauteile der Vorrichtung zeigt;

Fig. 3 eine der Fig« 2 ähnliche Ansicht eines

abgeänderten Ausführungsbeispiels.

Figt 1 zeigt eoh'ematisoh eine Elektronenstrahlart einer GeechwindigkeitBmodulationsröhre« die die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung bildet« wobei die Betriebssohai* tungs-Verblndungen dargestellt sind. Obwohl Fig* 1 sohematlsoh eine Qesohwlndigkeitsmodulationsröhre von der Art einer wendelgekoppelten Wanderwellenröhre zeigt« 1st zu erkennen« daß andere bekannte Hochfrequenzelemente mit langsamer Wellenausbreitung für die wendeiförmige Hochfrequenz-Weohselwirkungsschaltung verwendet werden können· Weiterhin 1st zu erkennen« daß andere Arten von Hochf requenz-Wechselwirkungssohaltungen für die Wendel eingesetzt werden können« die die für das Klystron charakteristischen Hohlraumresonatorayeteme einschließen, wobei eine derartige alternative Anordnung beispielsweise in dem U.S«-Patent 3 172 004 beschrieben 1st*

In Fig. 1 bewirkt ein Heizfaden 1 die Erhitzung der Oberfläche der Emitterkathode oder Elektronenstrahl-Formungsvorriohtung 2 durch einen aus einer elektrischen Quelle oder Batterie fliesenden elektrischen Strom· Die Kathode 2 wird mit Hilf· einer Kathoden-Versorgungsquelle 4 auf einem negativen Potential in bezug auf Erde gehalten· Entsprechend

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wird ein linienfurmiger geradliniger Elektronenstrahl 5 mit üblicherweise zirkulärsymmetrischer Eigensohaft durch eine Öffnung in einer geerdeten Anode 6 projiziert· Der Strahl 4 verläuft in ttblieher energieauatausohender Beziehung duroh eine geerdete Hoolifrequenz-EnergleaustaueQh-Sohaltungevorriohtung oder Wendel 7, die Jeweilige Eingangs- und Ausgange* aneohlüsse 8 und 9 aufweist» Duroh die Wendel 7 verlaufende Elektronen werden nach dem Energieauetausoh mit den wandernden Hochfrequenzfeidern innerhalb der Wendel 7 duroh eine Elektrode aufgefangen, die die Elektronenstrahl-Kollektorvorriohtung 10 bildete Dies ergibt sich als Ergebnis der Tatsache, d&S die Vorrichtung 10 auf einem Potential liegt, das beträchtlich gegenüber dem Erdpotential der Wendel 7 alt Hilfe einer elektrlsehen Kollektorpotentialquelle 11 abgesenkt ist, wobei eine Seite der Potentialquelle 11 über eine Leitung 14 mit dem Kollektor 10 und die andere Seite über eine Leitung 12 mit einem Verbindungspunkt 13 zwischen der Kathodenversorgungsquelle 4 und der Kathode 2 verbunden ist·

Ale Beispiel für die Betriebspotentiale* die zum Betrieb einer Wanderwellenröhre angelegt werden, die den neuartigen Elektronenstrahl-Kollektor einschließt« kann die Kathode 2 bei ungefähr -9000 V betrieben werden, wobei die Anode 6 und die Wendel 7 auf Erdpotential liegen und die Kollektorelektrode 10 auf ungefähr«4500 V liegt. Die elektrischen Potentialwerte sind lediglich als repräsentative Beispiele angeführt und sollen nicht notwendigerweise Grenz- oder Optimalwerte für den Betrieb einer Wanderwellenröhre, eines Klystrons oder einer anderen Leistungsröhre mit Strahl* bündelung gemäß der Erfindung beschreiben.

Pig, 2 zeigt ausführlich den Kollektor 10 sowie den in der Nähe angeordneten Aufbau» Ein mit einer Öffnung ver-

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eehenes Diaphragma 20 kann als Trennung der alten und neuen Teile der erfindungsgemäBen Vorrichtung betrachtet werden« Wie es allgemein in dem U.S.-Patent 3 172 004 beschrieben ist« sind das Diaphragma 20 und Teile auf der linken Seite des Diaphragmas 20« wie z.B. das Vakuumgehäuse 19 übliche Teile« von denen zu erkennen ist, daß sie in der üblichen Welse wie bei Wanderwellenverstärkern angeordnet sind» Die Teile auf der rechten Seite des Diaphragmas 20 bilden die neuartigen Merkmale der Vorrichtung. Es ist asu erkennen, daß eine Öffnung 21 mit der Achse-des Elektronenstrahls 5 nach Fig· 1 ausgerichtet 1st, und daß der Strahl 5 nach der Wechselwirkung mit den Hoohfrequenzfeidern, wie z.B. mit denen innerhalb der Wendel 7 nach Flg. 1 duroh die Öffnung nach Flg. 2 und in den Kollektor 10 gelangt«

Der Elektronenstrahl 5 wird in der Praxis duroh die im allgemeinen symmetrischen Innenwände eines Kerns 22 der hohlen Elektronenstrahl-Kollektorvorriohtung 10 abgebremst oder aufgefangen« wobei diese Innenwände mit damit zusammenwirkenden» axial ausgerichteten und sich axial erstreckenden Innenabschnitten versehen sind« die Wandteile 22a, 22b« 22c und 22d bilden. Der Kern 22 kann aus einem Material wie z.B. sauerstoffreies Kupfer hergestellt sein. Der Wandteil 22a hat die Form eines Kegelstumpfes· Sr ist an seinem Ende mit dem kleineren Durohmesser mit dem zirkulär-zylindrischen Wandteil 22b verbunden. Der Wandteil 22b ist dann über den kurzen, sich verjüngenden Stufenteil 22c mit dem zweiten zirkulär-zylindrischen Wandteil 22d verbunden. Das entfernte Ende des Wandteils 22d ist verschlossen«

Der aufgefangene Elektronenstrahl strom wird von dem hohlen Kern 22 über den Leitungsdraht 14 abgeleitet, der ebenfalls aus Kupfer sein kann und der mit !Ulfe irgendeiner der verschiedenen bekannten geeigneten Vorrichtungen bei 14a mit

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dem äußeren Ende dee.Kerne 22 verbunden 1st« Der aufgefangene Strom wird, wie ee in Verbindung mit Fig· I vorgeschlagen ist* mit einer Spannung abgeleitet« die negativ in bezug auf die Spannung an der Wendel 7/und die typisoherweise eine Größe von 40 bid 60 f> der an die Kathode 2 angelegten Spannung aufweist«

Die sich progressiv verringernden Durchmesser der eich axial erstreckenden Wandteile 22a* 22b und 22d ermöglichen es, daß jeder derartiger Wandteil im wesentlichen den gleichen Bruchteil des gesamten Elektronenstrahl-Stromes aufnimmt« Somit sind die Teile der gesamten verbleibenden kinetischen Energie des Elektronenstrahls 5» die an den Wandteilen 22a, 22b und 22d in Wärme umgewandelt werden» Im wesentlichen gleich« Als Ergebnis wird diese Wärme relativ gleichmäßig entlang der Länge des Kerns 22 verteilt«

Der Kern 22 ist in einer äußeren Ummantelung oder im allgemeinen zylindrischen Vakuumgehäusewand 24 gehaltert, die ebenfalls aus Metall, wie z.B. sauerstoffreiem Kupfer hergestellt 1st« Ein Ende der Wand 24 ist durch das Diaphragma 20 verschlossen« das am Umfang mit der Wand 24 beispielsweise durch eine ringförmige hartgelötete Verbindung 26 abgedichtet ist.

Eine tiefgezogene schalenförmlge Metallendwand oder Kappe ist an dem entgegengesetzten oder äußeren Ende der Wand 24 mit Hilfe einer ringförmigen hartgelöteten vakuumdiohten Verbindung 27 befestigt« Die Kappe 25 weist ein ausreichendes Volumen zur Aufnahme der Kollektorleitung 14 auf, die mit einer rechtwinkligen Biegung ausgebildet ist und aus dem Inneren der Kappe 25 durch einen Isolator 29 hinausragt. Der Isolator 29 Ιεβ&α. aus Irgendeinem der verschiedenen zur Verfügung stehenden Keramikmaterialien mit guten Hoohepannungs-Isolatlonseigensohaf ton gebildet sein« die eine vakuum-

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dichte Abdichtung mit dem Metall der Kappe 25 an der ringförmigen Verbindung 20 bilden können» Der Leitungsdraht 14 ist in gleicher Weise innerhalb eines Loches in dem Isolator 29 an der Oberfläche 28 abgediohtet. Obwohl andere Materialien verwendet werden können, haben sich bestimmte Nickeleieen-Chroralegierungen für die Kappe 25 als brauohbar erwiesen» weil sie durch Tiefziehen verarbeitet werden können und weil sie in einfacher Weise vakuumdichte Abdichtungen mit Keramikmaterialien bilden»

Aus dem Vorstehenden ist zu erkennen, daß die äußere Wand 24, die Kappe 25 und der Isolator 29 die Vakuumgehäusevorriohtung des Hochfrequenzröhrenaufbauee vervollständigen» Die Wand 24 hat zusätzliche bedeutende Punktionen, da sie zur Halterung des Kerns 22 mit Hilfe von Vorrichtungen beiträgt, die eine elektrische Hochspannungsisolation entlang radialer Wärmeströmungspfade mit niedriger thermischer Impedanz von dem Kern 22 zur Wand 24 ergeben, wie es im folgenden be-β ohr leben wird. Zur Ableitung dieser Wärme kann die Wand 24 beispielsweise mit einem vergrößerten, flachen oder in anderer Welse geformten Teil 31 versehen werden, der auf einem geeigneten Kühlkörper befestigt werden kann» Es ist verständlich, daß alternative äußere KUhlkörperanordnungen in einfacher Weise von einem Fachmann angewendet werden können» Es ist außerdem zu erkennen, daß die Wand 24 derart in einer vorteilhaften Weise angeordnet ist, daß sich im wesentlichen alle Teile des Kollektorsystems innerhalb des Inneren dieser Wand befinden und daher nicht zugänglich sind, woduroh die Wahrsoheinliohkeit von Verletzungen von Personen durch elektrische Stromstöße oder die Wahrsoheinliohkeit einer mechanischen Beschädigung der Kollektorteile verringert wird*

Die Warne wird direkt auf radialen Wegen von der äußeren zylindrischen Oberfläche 34 des Kerns 22 mit Hilfe einer

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Reihe von im allgemeinen kreisförmigen» sich nach außen erstreckenden» mit Öffnungen versehenen Kühlrippen 32, 33, 33a ..... 33d abgeleitet» wobei die Rippen 33» 33a ·«·. 33d mit im wesentlichen gleichen Intervallen auf der Oberfläche

34 durch Hartlöten befestigt sind» Die Rippe 32 weist eine abweichende Art auf und ist einstückig aus sauerstoffreiem Kupfer mit einem getrennten Eingangsabsohnitt 35 des Kerns 22 ausgebildet» wobei der mit einer Öffnung versehene Elektronenstrahl-Eingangsabsohnitt 35 durch Hartlöten an einer Verbindungsstelle 36 mit dem Kern 22 verbunden ist» Nachdem der Elektronenstrahl 5 durch die Öffnung 21 in dem Diaphragma 20 verläuft« kann er bestrebt sein» sich auf» grund von Raumladungseffekten aufzuspreizen, während er durch die etwas größere Öffnung 37 des Eingangsabsohnittes

35 und in das Innere des Kerns 22 läuft«

Die Rippen 32» 33» 33a» 33b» 330 und 33d wirken als flexible Haiterungsvorrichtungen, wobei die Rippen 33 bis 33b im allgemeinen den gleichen Aufbau habenο Typisoh für die letztere Gruppe von Rippen ist die Rippe 33» aa der zu erkennen ist» daü sie einen inneren scheibenförmigen Abschnitt 38 in der allgemeinen Form eines Kegelstumpfes einer konischen Schale einschließt, wobei die Basis der konischen Schale an der Oberfläche 34 befestigt ist. Die konische Sohale verringert ihren Durchmesser in einer Richtung von der Hoohfrequenz-Wecheelwirkungssohaltung fort» Wie es welter oben bemerkt wurde, ist die Kante 39 des scheibenförmigen Abschnittes 38 mit der Oberfläche 34 des Kerns 22 hart verlötet· Die Rippen 33a bis 33d sind in ähnlicher Weise geformt und befestigt und können ausgebohrte Löcher» wie z.B. das Loch 40» in der Rippe 32 aufweisen« Das Loch 4o ermöglicht das Ausströmen von Luft aus dem Inneren des Kollektors 10» wenn die Vakuumröhre die Endbearbeitung während der Herstellung durohläuft* Bei

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einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung befindet sich das Loch 40 lediglich in der Rippe 32 und andere Vorrichtungen ergeben die übrigen gewünsohten Ausströraungskanäle· Beispielsweise kann ein längsgerichteter Schlitz in die Oberfläche 34 des Kerns 22 für diesen Zweck eingefräst sein, wobei sich der Schlitz 41 von der Nähe des die Leitung 14 halternden Endes des Kerns 22 bis zu einem inneren Teil der Rühre erstreckt» der während des Aus« pumpens duroh das Loch 40 erreicht wird. Der Schlitz 4l hat das allgemeine Aussehen einer Keilnut« wie sie beispielsweise in eine Maschinenwelle eingefräst werden könnte« um die Verwendung eines Keils zum Befestigen eines Zahnrades oder einer Riemenscheibe zu ermöglichen»

zweite Anordnung von sieben im allgemeinen ähnliohen mit Offnungen versehenen Rippen« die ebenfalls aus sauer« stoffreiem Kupfer hergestellt sind« erstreckt sich von der inneren zylindrischen Oberfläche 24 der Ummantelungswand 24 nach innen« um zur Halterung des Kerns 22 beizutragen« berührt jedoch die Oberfläche 34 dieses Kerns 22 nicht.- Der Innendurchmesser einer Öffnung 43» beispielsweise in einer typisohen Rippe 42« ist beträchtlich größer als der äußere Durchmesser des Kerns 22« wodurch sich ein beträchtlicher elektrischer freier Raum zwischen dem Kern 22 und der Rippe 42 ergibt. Außerdem ist für die Anordnung der flexiblen Halterungsrippen 42» 42a« 42b« 42o, 42d» 42e und 42f der sohalenförmige Teil 44 der Rippe 42 typisch« der die allgemeine Form eines Kegelstumpfes einer konischen Schale aufweist« wobei die äußere kreisförmige Kante des Teils 44 mit der Innenwandoberfläohe 24a hartverlötet oder in anderer Weise an dieser befestigt ist. Die sohalenförmigen Rippenteile 44 können mit ausgebohrten Löchern versehen werden« wie sie typlsoherweise durch das Looh 45

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in der Rippe 42 dargestellt sind, und zwar zur Erleichterung der Evakuierung des Vakuumgehäuses der Röhre unter Einschluß des Inneren de? Kappe 25 während der Herstellung. Die Rippen 42, 42a bis 42f sind im wesentlichen mit gleichen Abständen entlang der Wendoberfläche 24a angeordnet und greifen mit der Anordnung ineinander, die aus den Rippen 32, 33, 33a bis 33d besteht« Die Trennung zwischen benachbarten, sich nach innen und nach außen erstreckenden Rippen ist im wesentlichen gleich«

Diese gleichen Abstände sind au? Aufnahme von mit Abstand angeordneten ebenflächigen Isolatorringen 46, 46a, 46b bis 46k mit im wesentlichen gleicher Dicke zwischen den ebensei t igen parallelen Wandteilen der sich nach innen und außen erstreckenden Rippenanordnungen bestimmt« Die Ringe 46 bis 46k können aus irgendeinem der verschiedenen zur Verfügung stehenden keramischen Materialien gebildet werden, die gute elektrische Isolationseigenschaften und geeignete mechanische und thermische Eigenschaften aufweisen und die eine dauernde stoßfeste Verbindung mit dem Kupferblech bilden können, aus dem die Rippen der beiden Rippenanordnungen hergestellt sind«

Beispielsweise ist der ringförmige Ring 46 mit ebenen Seiten ein repräsentatives Element der Rippe-Isolator-Rippe-Anordnunge Der Ring 46 kann aus einem Aluminiumoxyd-Keramik-Material oder aus bestimmten anderen gut bekannten feuerfesten Oxydmaterialien, wie z.B. Berilliumoxyd hergestellt sein» Die ringförmigen ebenen Seiten 50a, 50b des Ringes 46 sind unter Verwendung eines üblichen Metallüberzugsverfahrens mit Nickel überzogen. Die Oberfläche 50a ist auf der ebenen ringförmigen Stirnfläche der sich nach innen erstreckenden Rippe 42 angeordnet« Andererseits ist die eich naoh auSen erstreckend® Rippe 32 auf der Ober-

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fläche 50b angeordnet« Zusätzliche übliche Heiz- und andere Sohrltte werden ausgeführt, um dauerhafte mechanisch einwandfreie Verbindungen an den Oberflächen 30a und 50b zwischen dem Keramikring 46 und den Jeweiligen Rippen 42 und 32 zu schaffen« Ein gleiches Verbindungspaar ergibt sich zwischen dem Keramikring 46a und den Rippen 32 und 42a, zwischen dem Keramikring 46b und den Rippen 42a und 33, zwischen dem Ring 46c und den Rippen 42b und 33a usw· an der Anordnung entlang bis zu dem keramischen Ring 46k, dessen ebene Seiten in gleicher Weise mit den Rippen 33d und 42f verbunden sind«

Der Zusammenbau der Kollektorvorrichtung 10 kann Stück für Stück erfolgen· 'Andererseits kann eine Unteranordnung der Kollektorvorrichtung 10 in einem ersten Schritt von einer Art vollendet werden und der endgültige Zusammenbau kann in einem Schritt einer zweiten Art erfolgen. Der Stand der Vakuumröhren-Zueammenbauteohnik ergibt verschiedene alternative Möglichkeiten für geeignete Vakuumröhren-Zusammenbauprogramme« Beispielsweise kann ein bekanntes Keramlk-Metall-Verbindungsverfahren bei einer relativ hohen Behandlungstemperatur dadurch verwendet werden, daß zunächst die vorbereiteten keramischen Abstandshalter und Rippen aufeinandergestapelt werden und dann dieser Stapel als Unteranordnung einer geeigneten Wärmebehandlung zur gleichzeitigen Ausbildung aller Metall-Keramik-Verbindungen unterworfen wird« Die schalenförmig^ Eigenart der Rippen unterstützt die Herstellung richtiger relativer Lagen der Rippen und der Keramikringe während des Aufeinanderstapelns« Die sich ergebende Unteranordnung kann dann mit äußeren Teilen, wie z.B« dem Kern 22, der äußeren Wand 24 und der Endkappe 35 zusammengebaut werden, die sich alle mit in geeigneter Weise angeordneten Ringen aus Hartlötmaterial, wie z.B. einer Legierung von 35 # Kupfer und 65 % Gold oder

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einem anderen geeigneten Hartlötmaterial an ihrem Platz befinden* Die endgültige Anordnung wird dann einer Erwärmung bei einer relativ niedrigen Temperatur ausgesetzt, um die Bildung der hartgelöteten Verbindungen zu bewirken, und zwar beispielsweise duroh Erwärmung in einem 3-Stunden-Programm in einem üblichen Riemenförderer-Hartlötofen» Die Hartlötsohrltte beim Zusammenbau des Kollektors können natürlioh zur gleichen Zeit wie die Hartlötvorgänge an der Kathode und den Weehselwirkungsberelehen der Vorrichtung erfolgen«

Die zusammengesetzte Kollektorvorriohtung mit verringertem Potential hat erkennbar verschiedene neuartige und bedeutende Eigenschaften* Ihr Aufbau ergibt eine ausreichende Isolation der Teile mit hohem elektrischem Potential gegenüber Erdpotential und ergibt zur gleichen Zeit einen Pfad mit niedriger thermischer Impedanz für die Wärmeströmung zu einen* äußeren Kühlkörper» Die Schwierigkeiten duroh übermäßige relative unterschiedliche thermische Ausdehnungen von Keramik- und Metallteilen werden beträchtlich verringerte

Bin besonders günstiges Merkmal der Erfindung ergibt sich aus der Biegsamkeit oder der relativen Bewegungsfreiheit der Teile der Anordnung· Wenn z.B. der Elektronenkollektor kalt ist, befinden sich alle Kollektorteile im wesentlichen auf der gleichen Temperatur» Wenn die Strahlleistung eingeschaltet wird, erwärmt sich der Elektronenkollektorkern 22 schnell und vergrößert sowohl seine radialen als auch axialen Abmessungen· Die sich nach innen und außen erstreckenden Anordnungen von sohalenförmigen Rippen sind aus einem welchen flexiblen Material hergestellt, das leicht biegsam ist und viele wiederholte Zyklen von Abmeseungsänderungen ermöglicht, ohne daß zerstörende Soherbeanspruohungen auf die Keramik-Metallverbindungen ausgeübt werden« Die Rippenanordnung ist derart, daß sie eine maximale

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Axialverschiebung dee äußersten Keramikringes 46k beispielsweise mit Bezug auf den innersten Keraraikring 46 er» roöglioht und außerdem im wesentlichen die Neigung zu einer radialen Ausdehnung der Anordnung in eine Axialausdehnung umformt« wodurch Soherbeanspruohungen auf die Keramik-Metallverbindungen weiterhin verringert werden« Die fort·* schreitende Änderung der Winkel der sohalenförmlgen Teile 44 der sich nach innen erstreckenden Rippen ausgehend von der Rippe 42 bis zur Rippe 42f nach Fig» 2 tragt zu dieser Flexibilität des Systems bei· Neben anderen vorteilhaften Merkmalen des neuartigen Kollektoraufbaues, wie z«B« das relativ vollständige Fehlen der Zugängliohkelt an Hooh-Bpannungstelle für irgendwelche Personen ergibt sich das Merkmal, daß alle isolierenden äußeren Oberflächen der Keramikringe 46 bis 46a gegen den Zutritt von Feuchtigkeit und Staub geschützt sind. Ähnliche Merkmale der inneren Teile des Kollektors schützen die Innenoberflachen der keramischen Ringe 46 bis 46k gegen eine Verschlechterung durch Ablagerung, von Material« das von den Innenwänden des Kerns 22 durch hoehenergetlsche Elektronen verdampft oder in anderer Weise entfernt wird«

FIg« 3 erläutert eine alternative Kollektorvorrichtung 10a mit abgesenktem Potential« die eine zusätzliche vorteilhafte Eigenschaft der Erfindung darstellt; d.h. die Anordnungen der Figo 2 und 3 können weitgehend aus ähnlichen oder gleichen Bestandteilen zusammengebaut werden, ein Merk* mal, das beträchtliche Kosteneinsparungen ermöglicht, weil der gesamte Bestand an Röhrenteilen entsprechend verringert werden kann· Es ist bei Betrachtung der Fig. 2 und 3 zu erkennen» daß viele der gleichen Teile in beiden Aufbauten verwendet werden und daß die Abmessungen der meisten Teile gleich sind· Beispielswelse kann der Aufbau naoh Fig· 3 als Kollektor mit abgesenktem Potential an dem gleichen

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grundlegenden RbTbrenaufbau befestigt werden, wie er mit dem Aufbau naoh Fig· 2 verwendet wird« wenn eine Anwendung z»B, die Notwendigkeit für eine wirkungsvollere Vakuumröhre festlegt· Um die obigen Erwägungen zu demonstrieren« sind die Fig.2 und 3« obwohl sie nloht notwendigerweise tatsäohlioh maßstäbliche Zeichnungen optimaler Kollektoren darstellen« im allgemeinen in dem gleichen Naßstab gezeichnet und bestimmte grundsätzlich entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet* Merkmale in Fig« 3« die in Fig. 2 nicht zu finden sind« sind durch Bezugsziffem in der lOOer-Reihe bezeichnet«

Beispielsweise ist der einheitliche Kollektorkern 22 nach Fig«2 in Fig· 3 durch einen Kern 122 ersetzt« der aus drei zusammenwirkenden« axial ausgerichteten Kernteilen 123« 123a und 123b besteht« die jeweils voneinander durch begrenzte Spalte von ausreichender Größe isoliert sind« um einen Spannungsdurohbruch längs der Spalte unter Vakuumbetriebsbedingungen zu verhindern»

Der Kernteil 123 ergibt z»B<> eine innere Elektronen auffangende Oberfläche 22a ähnlich der Oberfläche 22a naoh Fig« 2» Der Kernteil 123 1st innerhalb einer Ummantelungswand mit Hilfe von sich nach außen erstreckenden Rippen 32 und 33 befestigt« Wie In Figo 2 sind die Rippen 32 und 33 Ihrerseits mit Hilfe der Anordnung von keramischen Ringen 46 bis 46k und durch die Anordnung von sich naoh innen erstreckenden Rippen 42 bis 42f gehaltart«. Der Rippe 33 und damit dem Kernteil 122 wird eine passende Spannung über eine Leitung 124 zugeführt» die sich durch einen vakuumdlohten Isolator 124a in der Ummantelungswand 24 erstreokt»

In gleiche? Weig© ©ygitet ά®τ Kernten 123a eine innere Elektronen auffangende Oberfläche 22b« die der Oberfläche 22b naeh Fige 2 gleichwertig Ist« Der Kernteil 123a ist

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innerhalb der Ummantelungswand 24 durch sich nach außen erstreckende Rippen 33a und 33b gehaltert. Wie in Fig· 2 werden die Rippen 33a und 33b ihrerseits mit Hilfe der Anordnung von Keramikringen 46 bis 46k und durch die damit zusammenwirkende Anordnung von sich nach innen erstreckenden Rippen 42 bis 42f gehaltert· Der Rippe 33b und damit dem Kernteil 123a wird eine passende Spannung über eine Leitung 125 zugeführt« die sieh durch einen vakuumdichten Isolator 125a in der Ummantelungswand 24 erstreckt.

Schließlich ergibt der Kernte!1 123b die innere Elektronen auffangende Oberfläche 22d, die der Oberfläche 22d nach Figo 2 analog ist« Der Kernteil 123d 1st innerhalb der äußeren Wand 24 'durch sich nach außen erstreckende Rippen 33c und 33d befestigt» Wie in FIg« 2 sind die Rippen 33o und 33d durch die Anordnung von Keramikringen 46 bis 46k und durch die Anordnung von sich nach innen erstreckenden Rippen 42 bis 42f gehaltart» Eine geeignete Spannung wird Über die Leitung 14 in einer der Anordnung nach FIg* 2 ähnlichen Anordnung dem Kern teil 123b zugeführt ο

Der Zusammenbau des Ausführungsbeispiele nach Figo 3 kann im allgemeinen in der glelohen Weise wie bei der Anordnung der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform erfolgen» Insbesondere 1st es zu erkennen« daß die Innenoberflachen 22a« 22b und 22d der aufeinanderfolgenden Kernteile 123« 123a und 123b einen fortschreitend kleineren Durohmesser aufweisen ο Der Zusammenbau kann beispielsweise durch Verwendung einer Schablone mit üblichen Anlagestufen erleichtert werden« um die Kernteile 123, 123a und 123b in richtiger Beziehung zueinander während des Hartlötens der Kernteile und der gestapelten Keramikringanordnung zu halten,* Die Schablone kann herausgezogen werden, wenn das Hartverlöten beendet 1st und die sloh ergebende Unteranordnung kann dann

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in einem getrennten Schritt in der Ummantelung 24 hart verlötet werden« Alternative Verfahren sind für den Fachmann für die Vakuumröhrentechnik offensichtlich«

Die Betriebseigenschaften der Kollektorvorrichtung 10a nach Flg« 3 sind denen der Vorrichtung 10 nach Fig. 2 ähnlioh, . weil die Rippen-Isolator-Ausbildung derart ist daß sie eine maximale Axialverschiebung des äußersten Keramikringes 46 in bezug auf den innersten Keramikring 46 ermöglicht» Beispielsweise erfolgt die Ausdehnung unter ansteigenden Temperaturbedingungen derart« daß die Spalte zwischen den Kernteilen 123 und 123a sowie zwischen den Kernteilen 123a und 123b sicher oberhalb der Spannungsdurehbruchs-Werte liegen c

Das Ausführungsbeispiel nach Figo 3 hat alle verschiedenen Vorteile des Ausf Uhrungebeispiels nach Figo 2* wobei mit diesem eine Wirkungsgradverbesserung verbunden ist» die in bekannten Weise durch einen mehrstufigen Kollektor mit Auffangelektroden oder Kernteilen mit fortschreitende!unterschiedlichen Potentialen in bezug auf Masse erzielt werden können*» Wie es in der Technik verständlich ist, ergibt sich diese Verbesserung deshalb» weil das Mehrelektrodensystem Wirkungen überwinden kann« die sich aus der Gesohwindlgkeitsstreuung in den aufgefangenen Elektronen ergeben* wobei eine Gesohwindigkeitsstreuung in sich beim Elektronenstrahl-Geschwindigkeitsmodulationsvorgang erzeugt wird» Wie es bei Kollektoren mit verringertem Potential und mehreren Abschnitten üblich ist« wird der erste Kernteil 123 mit einem Potential betrieben» der es ihm ermöglicht» Elektronen mit relativ niedriger Geschwindigkeit aufzufangen» wobei der mittlere Kernteil 123a auf einem Potential liegt, das es ihm ermöglicht, Elektronen mit einer mittleren Geschwindigkeit aufzufangen, und wobei der abschließende Kernteil 123b auf einem Potential zum Auffangen

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der Elektronen mit der höchsten Energie liegt« Beispielsweise wird bei einer typischen betriebenen Bohre mit einer auf Erdpotential liegenden Wendel 7 ein optimaler Wirkungsgrad erzielt« wenn die Kathode 2 auf -9O0DV, der Kernteil 12J auf -1000 V, der Kemteil 123a auf -4000 V und der Kernteil 123b auf -6000 V liegt.

Es ist zu erkennen« daß die Erfindung eine bedeutende Verbesserung gegenüber der bisher bekannten Technik darstellt und die Verwirklichung einer -robusten stoßfesten Elektronenstrahl-Kollektorvorrichtung zum Betrieb bei abgesenkten Potentialen ermöglicht« Der robuste Aufbau schließt neuartige Merkmale ein« die eine lange Lebensdauer einer Leistungsröhre mit Elektronenstrahlbündelung bei wiederholten Betriebszyklen ohne Beschädigung der zusammenwirkenden Metall* und Isolatorteile des Kollektors und der Verbindungen zwischen diesen Teilen sicherstellt« Ausdehnungswirkungen werden in günstiger Weise derart gerichtet« daß Scherbeanspruohungen auf derartige Metall-Isolator-Verbindungen beträchtlich verringert werden« was eine lange Lebensdauer des Vakuumröhrenaufbaues selbst unter schwierigen Betriebsbedingungen ermöglicht*

Patentansprüche t

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Vorrichtung rait linienfEmsigem Elektronenstrahl Strahlfo:mingsvorriehtung©n und mit mit dem Elektronenstrahl in Energieaustausehbezlairang stehenden Hochfrequenz-Sohaltungsanordnungen, ge kenzeichnet duroh mit Abstand von den Hochfrequ@nz»Sohaltungsanordnungen (7) angeordnete hohle Elektronensti'ahl-Kollektorvorrichtungen (22) mit einer sich axial erstreckenden Innenoberfläche (22a, £2b, 22d) zum Auffangen der Elektronen und einer eich axial erstreckenden äußeren Oberfläche (34), die Elektronenstrahl-Forraungsvorriehtung (2) und die Hochfrequenz-Schaltungsanordnung (7) halternde Vakuumgehäusevorrichtungen (20, 2k, 25) und flexible HalterungsvoiviGhtungen (33, 42, 46) zur Halterung der Elektroiienstrahi-Kollektorvorrichtung (22) innerhalb der Vakuuingehäusevorrichtung (20, 24, 25), wobei die flexible Halterungsvorriehtung (33* 42, 46) fest an der äußeren Oberfläche (34) und an der Vakuumgehäusevorrichtung (2Oj, 24, 25) in WSirmeaustauschbeziehung befestigt ist«

   2« Vorrichtung nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß die flexible Halterungsvorrichtung (33* 42* 46) wärmeleitend©, elektrisch isolierende Vorrichtungen zur Halterung der Elektronenstrahl-Kollektorvorriohtung (22) in elektrisch isolierter Beziehung in bezug auf die Vakuumgehäusevorrichtung (20, 24, 25) einschließt e

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   3· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

   gekennzeichnet» daß die Elektronenstrahl«· Kollektorvorrichtung (22) mit einer elektrischen Verbindungsanordnung (14) verbunden ist« die isoliert durch die Vaknuragehäusevorrichtung (20* 24, 25) verläuft und daß an sie ein Potential angelegt ißt, das negativ in bezug auf die Hochfrequenz-Schaltungsanordnung (7) und positiv in bezug auf die Elektronenstrahl-Formungsvorrichtung (2) ist»

   4· Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet« daß die flexible Halterungsvorriohtung erste ringförmige flexible Metallrippenanordnungen (42) mit ersten und zweiten konzentrischen Teilen« zweite ringförmige flexible Metallrippenanordnungen (33) mit dritten und vierten konzentrisohen Teilen und elektrisch isolierende, wärmeleitende Vorrichtungen (46) umfaßt, die mit den ersten und dritten Teilen zur Bildung einer einstUokigen flexiblen Halterungsvorriohtung mit diesen mechanisch verbunden sind.

   5· Vorrichtung nach Anspruoh 4« dadurch gekennzeichnet» daß die elektrisch isolierenden« wärmeleitenden Vorrichtungen (46) die Form eines Ringes mit entgegengesetzten ebenen parallelen Seiten aufweisen« die mit den ersten und dritten Teilen der flexiblen Metallrippenanordnungen (33« 42) mechanisch verbunden sind»

   6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5* daduroh

   gekennzeichnet« daß der erste Teil (42) dl· Form einer kegelstumpfförmigen Sohale aufweist«

   7« Vorrichtung nach Anspruoh 4« 5 oder 6« daduroh gekennzeichnet« daß der vierte

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   Tell (33) die Form einer kegeisturapffönaigen Schale aufweist«

   8$ Vorrichtung nach Anspruch S₉ dadurch g © -

   kennzeichnet« daß die Basis der kegelstumpfförmigen Schale (42) an der Vakuuragehäusevorriohtung (20, 24, 25) befestigt ist»

   9· Vorrichtung naoh Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet» daS die Basis der kegelstumpfförmigen Schale (33) an der äußeren Oberfläche (34) befestigt istο

   10« Vorrichtung naoh Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daS die ersten und vierten Teile die Form von kegel stumpf förmigen Schalen mit jeweiligen ersten und zweiten Basen aufweisen« wobei die erste Basis an der Vakuumgehäusevorrichtung (20, 24, 25) befestigt ist und die zweite Basis an der äußeren Oberfläche (34) befestigt ist, und wobei die kegelstumpfförmigen Schalen einen sich verjüngenden Durohmesser, der in einer Richtung ausgehend von der Hoohfrequenz-Schaltungsanordnung (7) ab- nimmt, aufweisen«

   Ho Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dlo flexible Halterungsvorrlohtung eine erste Anzahl von im wesentlichen unter gleiohen Abständen angeordneten und sich von der äußeren Oberfläche (34) nach außen erstreokenden Rippenanordnungen (33)» eine zweite Anzahl von im wesentlichen mit gleichen Abständen angeordneten und sich von der Vakuumgehäusevorriohtung (20, 24, 25) naoh innen erstreokenden Rippenanordnungen (42),

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   die berUhrungefrei mit der ersten Anzahl von Rippenanordnungen (33) ineinandergreifen und einer Anzahl von gleichmäßigen Abständen zwischen den ineinandergreifenden Elementen bilden, und eine dritte Anzahl von thermisch leitenden« elektrisch isolierenden Vorrichtungen (46)/^actle ^a zumindest einen Teil jedes der Abstände zwischen den ineinandergreifenden Elementen einnehmen und mit diesen Elementen mechanisch derart verbunden sind, daß sie eine Anzahl von radialen, elektrisch isolierten, thermisch leitenden Pfaden zwischen den Elektronenstrahl-Kollektorvorrichtungen (122) und den Vakuumgehäusevorrichtungen (20, 24, 25) bilden»

   12o- Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine erste und eine zweite elektrische Leitervorrichtung (124, 125) isoliert durch die Vakuumgehäusevorriohlning (20, 24, 25) zur Zuführung elektrischer Potentiale an die Elektronenstrahl-Kollektorvoriohtung (122) verläuft, die zumindest erste und zweite elektrisch isolierte axial miteinander ausgerichtete Teile (123, 123a) umfaßt, und daß die ersten und zweiten Leitervorriohtungen (124, 125) jeweils erste und zweite Potentiale an die jeweiligen ersten und zweiten miteinander ausgerichteten Teile (123, 123a) der Elektronenstrahl-Kollektorvorrichtung (122) zufflhren können.

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