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Elektronenröhre mit Metallkolben Die modernen Klein- und, Kleinströhren,
wie sie in den letzten Jahren, auf den Markt gekommen sind, besitzen durchweg Glaskolben.
Bei der HersIellung dieser Röhren ergeben sich Schwierigkeiten, die vorwiegend durch
die Innentoleranzen der verwendeten Glaskolben bedingt sind. Es ist heute noch nicht
möglich, mit auch nur halbwegs wirtschaftlichem Aufwand solche kleinen. Glas-1,zolben,
mit einer Toleranz von weniger als o,6 mm im Innenidurchmesser herzustellen. Von,
unwirtschaftlichen, und daher für die Massenfertigung von Elektronenröhren zu teueren
Herstellungsverfahren solfl hier abgesehen werden.
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Die zu großen Innentoleranzen der Glaskolben bedingen, folgende Fertigungsschwierigkeiten:
Um ein möglichst niedriges Geräuschniveau zu erhalten" besteht die Grundforderung,
daß das Elektrodensystem in jedem Fall gegen die Kolbenwand abgestützt ist. Die
einzige bisher bekannte Abstützmethod),- ohne zusätzlichen Kostenaufwand bedient
sich der in modernen Kleinraren verwendeten Zackünglimmerscheibe. Es sind darüber
hinaus zwar eine Vielizahl weiterer Abstützmöglichkeiten bekannt, die beispielsweise
Glimmer-oder Metallflügel, Metallfedern, glasgewebte Bänder usw. benutzen. Diese
zusätzlichen Mittel, gestatten zwar zum Teil -die Überbrückung einer größeren Kolbeninnentoleranz,
sie sind jedoch zur Herstellung einer billigen Kleinröhre ungeeignet, da sie teinen
zusätzlichen, Aufwanid bedeuten.
Will man also bei Verwendung von
Zackenglimmerscheiben, vermeiden, daß das System im
Kolben lose sitzt und
bei Erschütterungen gegenüberder Kolbenwand klappert, so muß der Zackenscheibendurchmesser
mindestens - um o,oi mm größer gewählt werden als der größte Kolbeninnendurchmesser.
Die Toleranz der Zackenscheihen, die etwa o,o:2 bis 0,03 mm beträgt, kann,
bei diesen Betrachtungen außer acht gelassen werden.
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Soll ein mit solchen. Zackenscheiben versehener Aufbau in, einen,
um a,6 mm kleineren Kolben eingesetzt, wverden, so wirken mechanische Kräfte
auf ,die aus elektrischen Gründen oft recht labilen Systeme ein-, die zur Vertbilegung
einzelner Elektroden und damit zu Ausfällenc in der Röhrenfertigung führen können.
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Trofz der geschilderten'Art der Dimensionierung von Zackenscheibe
und Kolbeninnlenwand und der dabei auftretenden Schwierigkeiten beim Einkolben,
ist auch in diesem. Fall noch keinesfalls ein fester Sitz' -des Systems im Kolben
gewährleistet. Es zeigt sich nämlich, daß die Wandstärke längs des Kolbens um mehrere
zehntel Millimeter schwanken kann. Insbesondere beim Übergang des zylindrischen
Teiles in die Kolbenkuppe tritt oft eine Wandstärkeverringerung und damit leinie
- Verbreiterung des- Kolbeninnendurchraessers auf. Das bedeutet aber, daß
die Zackenscheibe im engsten Kolben lose sitzen kann-, da ja die Zacken beim Durchgang
durch den engsten Kolbenquerschnitt bereits umgebogen werden.
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Außerdfer Geräuschempfindlichlkeit solcher losesitzender Systeme ergeben,
sichauch während des Einschmelzvorganges Schwierigkeiten. Man hat versucht, durch
leichte Konizität oder durch Zerstörung des Glimmergefüges in den Zacken mit Hilfe
eines besonderen Weichmachestempels vor der Montage eine Besserung zu erzielen,
jedoch bisher ohne hinreichenden Erfol.g.
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Alle diese Schwierigkeiten werden dann umgangen, wenn man gemäß der
Erfindung den Kolben aus einein gezogenen, vorzugsweise zylindrischen Metallrolir
herstellt, in-, dessen, eines Ende der Röhrenfuß vakuumdicht eingesetzt ist und
dess,en anderes Ende den abgequetschten und verschweißten Pumpstengel darstellt.
Ein, solches Met#allrohr läßt sich mit einer wesentlich geringeren. Innentoleranz,
nämlich mit, einer Toleranz von etwa o,o:2 mm, herstellen. Außer der damit gegebenen
Verbesserung des Geräuschniveaus, bedingt durchdie Tatsache, da3 die Befestigung
des Systems mit Hilfe von Zackenglimmerscheiben nunmehr ohne Schwierigkeiten möglich
ist, wird durch die Verwendung von aus Metallrohren hergestellten Kolben auch eine
Verbesserung und Verbilligung der Röhrenherstellung in anderen Punkten erzielt.
Wenn ein besonderer Purnpstengel nicht mehr, erforderlich ist, so stellt dies bereits
eine wesentlidhe Vereinfachung dar. Als Metallrohr kann, ein handelsübliches, nahtlos
gezogenes Stahlrohr Verwendung finden, das vom laufenden- Stück abgeschnitten wird.
In mänchen Fällen, empfiehlt es( sich, dieses Metallrohr auf seiner Innenseite,
zumindest stellenweise, mit einem elektrisch gut leitenden Überzug, z. B. aus Kupfer,
zu versehen.
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Die Erfindung unterscheidet sich von den bisher bekannten Stahlröhren.
einerseits durch die Verwendung von handelsüblichen Rohren, andererseits durch gleichzeitige
Bcnutzung des einen Rohrendes als Pumpstenigel. Sowohl die bisher in Deutschland
gefertigten Stahlröhren mit horizontal liegendem Systemaufhan als auch die hauptsächlich
in den, Vereinigten Staaten gefertigten Stahlrähren mit vertikalem Systeinaufbau
benutzen Metallkolben, die im Tiefziehverfahren! hergestellt sind. Außer den, dadurch
bedingten höheren Herstellungskosten gegenüber der erfindungsgemäßen Röhre mit Metalllzolben,
liegen die Herstellungskosten, bei den bekannten Röhren schon, durch, die Notwendigkeit
eines, besonderen, Pumpstengels höher. Eine Verbilligung und gleichzeitige Vereinfachung
in, der Röhrenherstellung wird erst durch den Vorschlag gemäß der Erfindnug erreicht.
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Die größte Schwierigkeit bei Verwendung von Metallkelben- liegt in
der sicheren Beherrschung einer billig herzustellenden, Glas-Metall-Verbindung.
Die bisher bei Metallröhren übliche Fernikohülsentechnik kommt aus kapazitiven und
preislichen Grün-den hierfür nicht in Frage. Als Bodenplatte kann, man höchstens
einen einfkhen, Glaspreßteller verwenden. je kleiner der Durchmesser eines solchen
Scheilbenfußes bei gleichbleibender Glasdicke wird, um so widerstandsfähiger wird
er gegen, mechanische und thermische Beanspruchung# Der Durchmesser der Bodenplatte
und damit der Durchmesser des deni Kolben darstellenden Metallrohres wird daher
zweckmäßigerweise so klein -,e5v,äh#lt werden, wie es gerade noch für die Erfüllung
der elektrischen, Aufgaben der üblichen Kleinrähren vertretbar ist. Es ist dabei
zu berücksichtigen, daß man, bei Verwendung eines Metallkolbens mit dem Röhrendurchmesser
deshalb schon verhältnismäßig weit heruntergehen, kann, weil man, infolge der geringeren
Wandstärke eines Metallkelbens gegenüber einem Glaskolben für die Elektroden im
Röhreninnern mehr Platz zur Verfügung hat. Außerdem wird, der Platzbedarf im Innern
der Röhre noch dadurch herabgesetzt, daß der Metallkolben in der Regel gleichzeitig
als äußerste Elektrode bei Vorstufenröhren als Abschirmzy-l-inder und bei Enidröhren
alg Anodenzylinder verwendet werden kann-.
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Schließlich soll noch ;darauf hingewiesen, werden, daß der Wegfall
des bisher üblichen, Pumpstengels die Verwendung von Metallrohren, der vorgeschlagenen
Art bei Kleinstsystemen als besonders zweckmäßig erscheinen läßt. Außer der dadurch
gegebenen Platzersparnis ist' auf die damit verbundene Verbilligung hinzuweisen.
Ein, Glaskolben muß# in jedem Fall angestengelt werden, um ihn sicher abschmelzen.
zu können. Ein Stahlkolben mit einem Durchmesser von weniger als 15 mm, insbesondere
mit einem solchen von etwa io bis
12 MM, Wie er gemäß der Erfindung
Verwendung finden soll, kann, ohne Ansetzen einer Verjüngung in die Pumppfeife eingesetzt
werden, um nach erfolgter Evakuierung abgequetscht und verschweißt zu werden. Bei
Glaskolben ist der Einsatz eines besonderen Pumpstengels deshalb erforderlich, weil
man ein Glasrohr größeren Durchmessers, beispielsweise also den, Kolben selbst in
der bei der Massenifertigung zur Verfügung stehenden kurzen Zeit von wenigen Sekunden
nicht vakuumdicht abschließen. kann, Die vakuumdichte Verbindung zwischen Metallkolben
und Scheibenfuß kann nach verschiedenen Verfahren erfolgen. So wäre es möglich,
das bekannte Innenlötverfahren anzuwenden, bei dem der Röhrenfuß auf einen, in,
der Kolbeninnenwand angebrachten Absatz aufgesetzt und mittels eines zwischen Fuß
und Kolbeninnenwand eingebrachten Lotes vakuumdicht verschmolzen wird, Als wesentlich
vorteilhafter dürfte sich jedoch ein anderes Verfahren; gemäß der Erfindung erweisen,
das, eine schwach konische Aufbörtelung des Metallrohres am zu verschmelzenden Ende
voraussetzt. Ein dieser konischen Aufbörtelung des Kolbens entsprechend konisch
geformter Scheibenfuß wird nach diesem Verfahren unter gleichzeitiger Erwärmungg.
der entsprechenden Randzonen, in den Kolben so weit hereingedrückt, daß er auch
bei der üblichen, Betriebs- bzw. Verarbeitungsteimperaturder Röhre noch unter Druckspannung
steht. Dieses Verfahren ist besonders für Röhrent kleinsten Durchmessers, geeignet.
je kleiner nämlich der Durchmesser eines, solchen Scheibenifußes bei gleichbleibender
Glas,dicke wird, um so widerstandsfähiger ist er gegenüber mechanischen und thermischen
Beanspruchungen. Bei dem beschriebenen, Verfahren kommt es nun darauf an, daß der
Scheibenfuß nach dem Erkalten des erhitzten, Kolbenendes ständig unter Druckbeantspruchung
steht. Da bei der Erhitzun-g auch der Rand des Scheibenfußes weich wird, legt sich
das Glas vakuumdicht an die Innenwand des Kolbens an und wird daim bei seinem Erkalten
unter Druck gehalten. Unter Umständen wird es sich empfehlen, als Röhrenfuß einen
Teller aus gesintertem Glais, zu verwenden"da miteinem solchen Glas eine vakuumdichte
Verbindung noch ein-f acher herzustellen ist.
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Um während des Entgasungsprozes,ses oder beim Dauerbetrieb eine unzulässige
Erwärmung der Einschmelzstelle zu verhindern, könnte man an den Einbau von Wärmedrosseln
bzw. an eine Einlegierung von Nickel in das dem Scheibenfuß zugewandte End-, des
Röhrenkolbens- denken. Eine Schädigung des Pumpgummis durch beim Herstellungsvorgarig
affigeleitete Wärme ließe sich evtl. durch Verwendung von Silicongtirnmi vermeiden.
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Ausführungsbeispiele für eine erfindungsgemäße Elektronenröhre sind
in der Zeichnung dargesitellt. In Abb. i ist der zylindrische Stahlrohrkolben i
dargestellt, der zur richtigen EinfÜhrungder Röhre in die Fassung mit einer Nase:2
versehen ist. An der Seitedes Kolbens, in die der in Abb. 2 dargestellte Röhrenfuß
eingesetzt wird, sind nach innen vorstehende Nasen 3 oder eine Rin.gwulst
vorgesehen, -auf die der Scheibenfuß aufgesetzt wird. Die vakuumdichte Verbindung
zwischen Röhrenkolben und, Scheibenfuß wird bei diesem Ausführun,gsbeispiel durch
Anwendung des Innenlötverfahrens, hergestellt. Nach dem Einsetzen des Röhrenfußes
wird der kaum zwischen, Innenwand des Kolbens und Röhrenfuß, der durch die ringförmige
Nut 5 gegeben ist, mit einem Glaslot aus-,gefüllt.
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Nach Herstellung des Vakuums wird der obere als Pumpstutzen wirkende
Teil dess Kolbens, i an der Stelle4 abgequetseht und verschweißt. Die Abquetschting
erfolgt mit einem abgerundeten Werkzeug in! der Weise, daß dass Ende des Röhrenkolbens
etwa das Aussehen, des Auspuffrohres eines Motorrades erhält. Diese Art der Ab,quetschung,
hat den Vorteil, daß dadurch Rißbildungen, die das Vakuum gefährden würden, kaum
auftreten.
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In Ab-b- 3 ist eine fertige, nach, diesem Verfahren hergestellte
Röhre im Maß,s#tab i : i dargestellt.
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Die Abb. 4 bis 6 zeigen eine andere Ausführungsformder erfindungsgemäßen
Elektronenrähre. Der Unterschied gegenüber dem soeben besprochenen Ausführungsbeispiel
liegt in der Art der vakuumdichten Verbindung zwischen Scheibenfuß und Ro#hrenil#:olben.
Gemäß Abb- 4 ist das den Scheiben,fuß aufnehmende En-de des Röhrenkolbens an, der
Stelte 6 leicht konisch aufgebörtelt. Der ebenfalls, leicht konisch ausgebildete
Scheibenfuß 8
gemäß Abib- 5 wird nach Erwärmen des Randes
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so weit in den Kolben eingedrückt, daß auch bei normaler Betriebstemperatur
der Scheibenfuß noch unter Druckspannun#g steht. Da bei diesem Vorgang,die äußeren
Zonen des Sch#eibenfußes# 8 weich werdeg, legt sich der Scheibenfuß vakuumdicht
an die Innenwand der Rohrerweiterung 6 an. Eine nach diesem Verfahren hergestellte
Röhre ist in Abb. 6 wiedergegeben.
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Es sei nochmals darauf hingewiesen, daß die Elektronenröhren gemäß
der Erfindung nicht nur fertigungstechnisch einfacher und daher billiger herzustellen
sind, sondern daß sie auch in elektrischer Beziehung den bisher üblic-hen Klein-
und Klein#ströhren mit Glaskolben überlegen sind. Wesentlich ist dabei, daß die
Wandstärke 7 des Metallkolbens gemäß Abb. 4 und damit der Innendurchmesser
des Kolbens wesentlich geringeren Toleranzen in der Herstellung unterworfen sind
als die Glaskolben. Nur bei Anwendung solcher Stahlkolb#en ist es ;daher möglich,
die Röhrensysteme mit Hilife von Zackenglimmerscheiben stets fest gegenüber der
Innenwand des Röhrenkolbens abzustützen.
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Abschließend sei noch erwähnt, daß, der flache Teil 4 der Mquets-chstelle
gemäß Abb- 7 um ein solches Stück verlängert werden kann, daß auf diesem
Teil Beschriftungen vorgenommen werden können. Beispielsweise ist hierbei an eine
Typenangabe sowie an die Darstellung des Firmenzeichens gedacht. Dicse Beschriftungen
können
gleichzeitig mit dem Mquetschen vorgenommen werden. Es ist
dazu notwendig, daß. 4ais Abquetschorgan gleichzeitig als Präigesterapel#ausgebildet
ist.