[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verzögerungsleitung für eine Breitband-Wanderfeldröhre
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Wanderfeldröhre ist beispielsweise
in einem Artikel von J.L. Putz und N.J. Cascone beschrieben, s. IEDM 1979, p.422-424.
[0002] In derartigen Wanderfeldröhren werden extrem hohe Anforderungen an die Maßhaltigkeit
der Belastungsstege und der Wendel der Wanderfeldröhre gefordert. Die Abstände zwischen
der Wendel und den Belastungsstegen liegen im Bereich von wenigen Zehnteln eines Millimeters
und müssen über eine Länge von z.B. 10cm auf wenige µm genau eingehalten werden.
[0003] Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, besteht in der Angabe
eines Aufbaues, der sich mit ausreichender Präzision und reproduzierbar herstellen
läßt. Diese Aufgabe wird durch das kennzeichende Merkmal des Patentanspruchs 1 gelöst.
[0004] Einstückig mit der Innenwand des elektrisch leitfähigen Zylinders verbundene Belastungsstege
sind in ihrer gegenseitigen Lage optimal fixiert und vermeiden die Toleranzschwankungen,
die bei jedem Lötvorgang und bei jeder Klebung von zwei Teilen unvermeidbar sind.
Eine Neigung der Achse des Zylinders gegenüber der Symmetrieachse der Polschuhe,
die z.B. beim Einlöten oder Einkleben in die Abstandsstücke und Polschuhe unvermeidbar
ist, wirkt in gleichem Maße auf die Verzögerungsleitung und die Belastungsstege. Die
gegenseitige Lage dieser Teile wird nicht verändert. Zwischen die Polschuhe werden
später Fokussiermagnete eingesetzt. Dadurch wird die gegenseitige Lage der genannten
Teile nicht mehr beeinflußt.
[0005] Eine vakuumdichte Ausführung ist auf einfache Weise erreicht, indem die Abstandsstücke
und zwischen diesen liegende magnetisierbare Polschuhe miteinander verlötet sind
und koaxiale Bohrungen aufweisen, indem diese Bohrungen an den Außendurchmesser des
elektrisch leitfähigen Zylinders genau angepaßt sind und indem der Metallzylinder
in diese Bohrungen eingeschoben und mit den Abstandsstücken, die zur Zentrierung der
Fokussiermagnete dienen, und den Polschuhen verlötet ist.
[0006] Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Verzögerungsleitung
besteht in den folgenden Verfahrensschritten, wobei die Reihenfolge der Verfahrensschritte
einzuhalten ist, die Maßnahmen eines Verfahrensschrittes aber in unterschiedlicher
Reihenfolge stattfinden können:
a) Abstandsstücke und Polschuhe werden in abwechselnder Reihenfolge aufeinander geschichtet,
miteinander verlötet und mit axialen Bohrungen versehen,
b) die koxialen Bohrungen werden auf den Außendurchmesser eines Metallzylinders so
angepaßt, daß dieser eingeschoben und eingelötet werden kann,
c) ein dickwandiges elektrisch leitfähiges Rohr, dessen Innendurchmesser zumindest
nicht größer ist als der geringste gegenseitige radiale Abstand der Belastungsstege,
und dessen Außendurchmesser dem des elektrisch leitfähigen Zylinders entspricht, wird
in die koaxialen Bohrungen eingeschoben und eingelötet,
d) die Belastungsstege werden mittels eines Drahterosionsverfahrens aus der Innenwand
des elektrisch leitfähigen Rohres herausgearbeitet, e) die Haltestäbe und die Wendel
werden eingesetzt und fixiert.
[0007] Vorteilhaft werden drei Haltestäbe vorgesehen, wobei einer der Haltestäbe über eine
Feder gegen die Innenwand des elektrisch leitenden Zylinders abgestützt ist.
[0008] Es hat sich herausgestellt, daß die geforderte extrem hohe Präzision in den Abmessungen
der Belastungsstege und des Zylinders mittels Drahterosion erreicht werden kann. Die
angegebene Reihenfolge der Verfahrensschritte ermöglicht außerdem eine völlig verzugsfreie
Ausbildung des gewünschten Profiles und eine exakte Justierung des Strahles relativ
zu den Magneten. Die Drahterosion ermöglicht außerdem auch die Herstellung komplizierter
Ausbildungen von Belastungsstegen. Die Reihenfolge: Zuerst Einbau des Rohres und
dann Ausbildung der Belastungsstege durch Drahterosion läßt außerdem das Einbringen
von Isolierstäben mit einem relativ hohem Anpreßdruck zu, der z.B. durch eine relativ
harte Feder erreicht wird, da die Wand des Zylinders nach dem Einbau des Zylinders
durch die Abstandsstücke und Polschuhe zusätzlich verfestigt wird und dadurch einen
hohen Druck auf die Innenwand des Zylinders standhalten kann. Sie gewährleistet so
eine besonders ausgeprägte und vorteilhafte Ableitung der Wärme von der Wendel. Als
Material für die Haltestäbe eignet sich insbesondere einer der Stoffe BW, BeO, Al₂O₃.
Die gute Wärmeleitfähigkeit der Haltestäbe, die für sehr hohe Belastungen auch aus
Diamantmaterial bestehen können, kann hierbei besonders vorteilhaft ausgenützt werden.
[0009] Das erfindungsgemäße Herstellverfahren gewährleistet auch eine hohe Reproduzierbarkeit,
da der Einfluß der Lötvorgänge vollständig ausgeschaltet ist, indem die endgültige
Form erst nach dem Löten erzeugt wird.
[0010] Auf diese Weise läßt sich ohne besondere Schwierigkeit eine Genauigkeit von ±5µm
über eine Länge von l00mm einhalten und beliebig oft reproduzieren, auch wenn der
Innendurchmesser des eingebrachten Rohres nur etwa 2mm beträgt.
[0011] Die Halterung der Wendel kann außer durch den beschriebenen besonders vorteilhaften
Einbau auch durch die bekannten Methoden, wie z.B. Schrumpfen oder Löten ausgeführt
werden.
[0012] Die Erfindung wird nun anhand von drei Figuren näher erläutert. Sie ist nicht auf
die in den Figuren gezeigten Beispiele beschränkt.
[0013] Die Figuren 1 und 2 zeigen ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Verzögerungsleitung
in geschnittener Ansicht, wobei die Durchmessermaße zur Verdeutlichung gegenüber
einer maßstäblichen Zeichnung stark verändert wurden. Figur 3 zeigt ein weiteres Beispiel
einer erfindungsgemäßen Verzögerungsleitung in geschnittener Ansicht.
[0014] Aus ringförmigen, nicht magnetischen Abstandsstücken 1 und aus magnetisierbarem Material
bestehenden Polschuhen 2 ist ein Rohrkörper 11 zusammengesetzt. Die Polschuhe 2 überragen
in radialer Richtung die Abstandsstücke 1, so daß zwischen je zwei benachbarte Polschuhe
auf einfache Weise Fokussiermagnete eingesetzt werden können. Die Zusammensetzung
eines derartigen Rohrkörpers 11 erfolgt zweckmäßig durch Auffädeln der Abstandsstücke
1 und der Polschuhe 2 auf ein Rohr und anschließendes Verlöten der einzelnen Ringe.
Der Innendurchmesser dieses Rohrkörpers 11 ist auf den Außendurchmesser eines Zylinders
5 angepaßt. Der Zylinder 5 ist in dem Rohrkörper 11 beispielsweise durch Löten fixiert.
Mit dem Zylinder 5 sind Belastungsstege 4 einstückig verbunden. Die Belastungsstege
4 lassen zur koaxial angeordneten Wendel 9 in ihrer Breite genau definierte Spalte
12 frei. Die Wendel 9 ist durch Haltestäbe 6 und 8 gegenüber der Innenwand des Zylinders
5 gestützt und fixiert. Dabei liegen die Stäbe 6 am Zylinder 5 unmittelbar an, während
der Stab 8 etwas kürzer ausgeführt ist und durch eine Spannfeder 7 unter Druck gehalten
wird. Durch diesen Druck ergibt sich ein ausgezeichneter Wärmeübergang zwischen der
Wendel 9 und den Haltestäben 6 und 8 und zwischen den Haltestäben 6 und dem Zylinder
5 bzw. dem Haltestab 8 und der Spannfeder 7. Gleichzeitig ergibt sich ein Höchstmaß
an Präzision für die Lage der Wendel 9, da die Haltestäbe sehr exakt auf Maß geschliffen
werden.
[0015] Bei erhöhten Anforderungen an die Wärmeableitung können auch drei oder mehr Haltestäbe
6 eingesetzt werden, wobei sich dann ein Einlöten dieser Haltestäbe 6 in den Zylinder
5 empfiehlt.
[0016] Zur Herstellung einer derartigen Verzögerungsleitung ist ein Verfahren vorteilhaft,
bei dem zunächst der Rohrkörper 11 aus den Abstandsstücken 1 und den Polschuhen 2
hergestellt und seine Innenwand durch Honen auf das erforderliche Maß gebracht wird,
bei dem dann ein dickwandiges Rohr 3 in den Rohrkörper 11 eingeschoben und dort fixiert,
insbesondere verlötet wird und bei dem nach dem Fixieren des Rohres 3 das gewünschte
Profil durch ein Drahterosionsverfahren hergestellt wird, das heißt durch ein Funkenerosionsverfahren,
bei dem ein Draht durch das Rohr gezogen und gleichzeitig in einer zur Rohrachse senkrechten
Ebene bewegt wird, so daß die gewünschten Konturen aus der Wandung des Rohres herausgeschnitten
werden. Bei diesem Verfahren können Belastungsstege von beliebigem Querschnitt herausgearbeitet
werden. Dabei werden die Stirnflächen der Belastungsstege 4 und die Innenwand des
Zylinders 5 mit demselben Werkzeug hergestellt, so daß ein Maximum an Genauigkeit
in der gegenseitigen Lage der genannten Teile über ihre gesamte Länge erreicht wird.
Dementsprechend wird auch ein Höchstmaß an Lagegenauigkeit der gegenüber der Innenwand
des Zylinders 5 über die Haltestäbe 6 und 8 justierten Wendel 9 erreicht. Das Honen
des Rohrkörpers 11 fördert eine ganzflächige Benetzung und eine gleichmäßige Verteilung
des Lotes beim Einlöten.
[0017] In einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Abstandsstücke
1 und die Polschuhe 2 auf ein dickwandiges, nichtmagnetisches Rohr 3 aufgefädelt und
mit diesem und untereinander in einem Arbeitsgang verlötet. Anschließend werden die
Belastungsstege 4 des Zylinders 5 durch Drahterosion aus dem dickwandigen Rohr 3 herausgearbeitet,
die Haltestäbe 6 und die ggf. die Haltestäbe 8 und die Spannfeder 7 werden eingeschoben.
Diese Ausführung des Verfahrens ist relativ kostengünstig und in vielen Fällen ausreichend
präzise her zustellen. Die in der Wanderfeldröhre erforderlichen Fokussiermagnete
können zwischen die Polschuhe eingesetzt, auf optimale Magnetfeldverteilung im Zylinder
5 justiert und mit den Polschuhen verklebt und verlötet werden. Auch dadurch entsteht
kein störender Einfluß auf die Geometrie der Verzögerungsleitung.
[0018] Da bei dem erfindungsgemäßen Aufbau und insbesondere unter Verwendung des angegebenen
Verfahrens keinerlei Löt- oder Klebeverbindungen in die Toleranz der gegenseitigen
Lage der Wendel, der Zylinderwand und der Belastungsstege eingehen, ist jede Gefahr
einer Änderung der gegenseitigen Lage in radialer Richtung zwischen diesen Teilen
beim Zusammenbau völlig ausgeschlossen. Der Aufbau und das Verfahren gewährleisten
daher, daß eine Toleranz von beispielsweise nur ±5µm über eine Länge von 10cm in der
Serie reproduzierbar eingehalten werden kann.
[0019] Der erfindungsgemäße Aufbau ermöglicht auch den Einsatz komplizierter Formen der
Belastungsstege, wie sie beispielsweise die Belastungsstege 10 in FIG 3 darstellen.
Auch diese Stegformen lassen sich mit hoher Präzision und Reproduzierbarkeit herstellen,
wenn erfindungsgemäß das Rohr 3 vorher in den stabilen Rohrkörper 11 eingesetzt und
dort fixiert ist.
[0020] Mit der Erfindung lassen sich die angegebenen Strukturen beispielsweise in einem
Rohr 3 mit einem Außendurchmesser von weniger als 2mm herstellen.
[0021] Sofern ein besonders geringer Wärmewiderstand zwischen den Haltestäben und der Zylinderwand
erforderlich ist, können auch in radialer Richtung untereinander gleichbreite Haltestäbe
6 durch die an sich bekannte Schrumpftechnik im Zylinder 5 fixiert werden. Hierbei
wird vor dem Einführen der Wendel 9 und der Haltestäbe 6 ein Temperaturunterschied
erzeugt, bei dem der Rohrkörper 11 und der Zylinder 5 wärmer sind als die Wendel
9 und die Haltestäbe 6. Nach dem Einführen gleicht sich die Temperatur an, die Wendel
wird unter Druck gesetzt und so gehalten. Diese Hal terung ergibt keinerlei Lageabweichungen,
die bei einer Lötung zu befürchten wären. Andererseits ist beispielsweise die Kombination
der Schrumpftechnik mit einer zusätzlichen Lötung sinnvoll, sofern dabei die mechanische
Fixierung durch den Schrumpfprozeß erfolgt und das Lot lediglich den Wärmeübergang
zusätzlich unterstützt.
[0022] Als Material für den Zylinder eignet sich beispielsweise Kupfer oder ein Metall mit
einem hohen spezifischen elektrischen Widerstand als Material für die Haltestege
bei relativ geringen Anforderungen Keramik, bei höheren Anforderungen an die Wärmeableitung
empfiehlt sich Diamantmaterial, da dieses eine erheblich höhere Wärmeleitfähigkeit
besitzt, als die übrigen geeigneten Werkstoffe.
1. Verzögerungsleitung für eine Breitband-Wanderfeldröhre, welche Abstandsstücke
und Polschuhe enthält, die koaxial zu einem elektrisch leitenden Zylinder angeordnet
sind, welche eine Wendel enthält, die in dem Metallzylinder untergebracht und gegenüber
diesem Metallzylinder über Haltestäbe in koaxialer Ausrichtung fixiert ist und welche
achsparallel angeordnete Belastungsstege enthält, die an den elektrisch leitfähigen
Zylinder angrenzen und bis in die Nähe der Wendel reichen und zur Wendel hin einen
in seiner Spaltbreite eng tolerierten Spalt freilassen, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastungsstege mit der Innenwand des elektrisch leitfähigen Zylinders einstückig
verbunden sind.
2. Verzögerungsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsstücke und die zwischen diesen liegenden magnetisierbaren Polschuhe
miteinander verlötet sind und koaxiale Bohrungen aufweisen, daß diese Bohrungen an
den Außendurchmesser des elektrisch leitfähigen Zylinders angepaßt sind und daß der
elektrisch leitfähige Zylinder in diese Bohrungen eingeschoben und mit den Abstandsstücken
und den Polschuhen verlötet ist.
3. Verfahren zur Herstellung einer Verzögerungsleitung nach einem der Ansprüche 1
oder 2,
gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
a) Abstandsstücke und Polschuhe werden in abwechselnder Reihenfolge angeordnet und
miteinander verlötet und mit koaxialen Bohrungen versehen,
b) die koaxialen Bohrungen werden auf den Durchmesser eines Metallzylinders so angepaßt,
daß dieser eingeschoben und eingelötet werden kann,
c) ein dickwandiges, elektrisch leitfähiges Rohr, dessen Innendurchmesser zumindest
nicht größer ist als der geringste gegenseitige radiale Abstand der Belastungsstege
und dessen Außendurchmesser dem des elektrisch leitfähigen Zylinders entspricht, wird
in die koaxialen Bohrungen eingeschoben und eingelötet,
d) die Belastungsstege werden mittels eines Drahterosionsverfahrens aus der Innenwand
des elektrisch leitfähigen Rohres herausgearbeitet,
e) die Haltestäbe und die Wendel werden eingesetzt und fixiert.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die koaxialen Bohrungen in den Abstandsstücken und Polschuhen vor dem Einschieben
gehont werden.
5. Verfahren zur Herstellung einer Verzögerungsleitung nach einem der Ansprüche 1
oder 2,
gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
a) Abstandsstücke und Polschuhe mit entsprechenden Bohrungen werden auf ein dickwandiges
elektrisch leitfähiges Rohr, dessen Innendurchmesser nicht größer ist als der kleinste
gegenseitige radiale Abstand der Belastungsstege, aufgefädelt.
b) Die Abstandsstücke, die Polschuhe und das dickwandige elektrisch leitfähige Rohr
werden miteinander verlötet.
c) Die Belastungsstege werden mittels eines Drahterosions-Verfahrens aus der Innenwand
des elektrisch leitfähigen Rohres herausgearbeitet.
d) Die Haltestäbe und die Wendel werden eingesetzt und fixiert.