Herstellungsverfahren für eine Verzögerungsleitung für eine Wanderfeldröhre

Abstract

 Insbesondere Wanderfeldröhren, deren Verstärkung und deren Aus­gangsleistung über mehrere Oktaven von der Frequenz unabhängig sein sollen, enthalten in einem elektrisch leitfähigen Zylinder (5) eine Wendel(9), die über Haltestäbe (8) fixiert und justiert ist, und achsparallel angeordnete Belastungsstege (4), die an den elektrisch leitfähigen Zylinder (5) angrenzen und zur Wen­del (9) hin einen kleinen Spalt (12) freilassen. In derartigen Verzögerungsleitungen werden die extrem hohen Anforderungen an die mechanische Maßgenauigkeit und Reproduzierbarkeit der Maße eingehalten, indem die Belastungsstege (4) mit dem elektrisch leitfähigen Zylinder (5) einstückig verbunden sind.

Beschreibung

[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.

Ansprüche

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.

Zeichnung