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Elektronische Entladungsvorrichtung mit einer Hülle, die aus zwei dickwandig ausgeführten Ringteilen aus keramischem Material besteht
Die Erfindung betrifft eine elektronische Entladungsvorrichtung mit einer Hülle, die aus zwei dick- wandig ausgeführten Ringteilen aus keramischem Material besteht, von denen der eine mit einer metal- lischen, eine Anode ergebenden Innenfläche versehen ist, wogegen der andere mit einem Ende an den
Anodenteil anschliesst und an seinem andern Ende einen keramischen Verschlussteil aufweist, der die Ka- thode und die Gitterelektroden der Entladungsvorrichtung trägt, die sich in das Innere der Anodenelek trode erstrecken. Die Erfindung bezweckt Entladungsvorrichtungen dieser Art so auszugestalten, dass sie einfachen Aufbau zeigen und weitestgehend frei von thermischen Spannungen sind.
Des weiteren kann die vorliegende Vorrichtung so ausgeführt werden, dass sie auch bei sehr hohen Frequenzen betrieben wer- den kann.
Wenn die Aufgabe gestellt ist Elektronenröhren zu schaffen, die bei grosser Leistungsabgabe kleine
Abmessungen besitzen, so entsteht das Problem, wie man die eine Voraussetzung für eine verlässliche
Arbeitsweise vorstellende niedrige Arbeitstemperatur ohne raumbeanspruchende, komplizierte Wärme- abstrahleinrichtungen aufrechterhalten soll.
Die Abwesenheit von thermischen Spannungen ist wünschenswert, weil sie die Vakuumdichtheit der Verbindungsstellen im Röhrenkolben oder in der Röhrenhülle beeinträchtigen, die metallische und keramische Teile umfasst ; diese Spannungen beeinflussen auch die Relativlagen der Elektroden bei arbeitender Röhre. Weitere wünschenswerte Eigenschaften solcher Röhren sind kleinste Gegenkapazitäten der Röhrenelektroden, damit auch bei hohen Frequenzen gearbeitet werden kann, und dementsprechend besonders geringe Abstände der Elektroden voneinander bei extrem starrer Lagerung derselben sowie hohe Überschlagspannungen zwischen den Elektroden trotz Kleinheit der Teile, die ihrerseits eine Folge einer extremen Annäherung der Elektroden ist.
Bei einer Entladungsvorrichtung der eingangs genannten Art besteht die Erfindung darin, dass der Anodenteil eine Dicke aufweist, die grösser ist als die des zweiten Ringteiles, wobei sich der Anodenteil nach innen in Richtung zur Kathode und den nahebei angeordneten Gitterelektroden erstreckt, und wobei ferner der zweite, mit dem keramischen Verschlussteil verbundene Ringteil eine äussere, metallische, kragenartige Auflage aufweist, die dazu dient, mit einem wärmeableitenden Sockelungsteil inBerUhrungs- verbindung gebracht zu werden. Zweckmässig ist es, wenn eine Mehrzahl stiftförmiger Träger, die den Gitter- und Kathodenelektroden zugeordnet sind, sich durch den Verschlussteil erstrecken und mit diesem dicht verbunden, zweckmässig verschmolzen sind, so dass die Elektroden über diese Träger von dem Verschlussteil getragen werden.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, eine elektronische Entladungsvorrichtung mit einer Hülle zu versehen, die aus zwei schalenförmigen Teilen und einem zwischengelegten Hülsenteil besteht, welche alle gleichen Durchmesser haben und wobei der eine Schalenteil dünnwandig ausgeführt ist und eine Metallisierung aufweist. Diese metallisierte Fläche ist durch die Stossstelle der sie tragenden Schale nach aussen geführt, um dort einen Anodenanschluss zu bilden. Die Gitterelektrode befindet sich in beträchtlichem Abstand von der Anode und von einer zentral angeordneten Kathode und es ist die Gitterelektrode von einemMetallh. i"1ter getragen. der sich durch das Misenförmige Glied und die untere Schale erstreckt.
Bei
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dieser Ausführung ist nicht daran gedacht, die metallisierte Oberfläche mit einer Wärmeableitungsvor- richtung auszustatten.
Nach einem andern Vorschlag, der eine Entladungseinrichtung von ähnlichem Auf bau zum Gegen- stand hat und gemäss welchem das Gefäss der Einrichtung dünnwandig ausgeführt ist und die Form eines
Zylinders besitzt, ist die gesamte Innenfläche des Zylinders metallisiert, um eine Anode zu bilden ; die im beträchtlichen Abstand angeordnete Kathode und das Gitter bestehen aus metallisierten keramischen
Teilen, welche von Einsätzen getragen werden, die sich von entgegengesetzten Enden des Zylinders her in diesen erstrecken.
In den schematischen Zeichnungen zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemässes Elek- tronenentladungsgefäss und Fig. 2 einen Querschnitt nach Linie 2 - 2 der Fig. l : die Fig. 3 und 4 zeigen zwei weitere Ausführungsmöglichkeiten des Erfindungsgegenstandes im Schnitt.
In den Fig. 1 und 2 ist 10 der Grundteil aus keramischem Material, vorzugsweise Aluminium- oder
Berylliumoxyd, durch welchen sich die verschiedenen Zuführungs- und Tragglieder 11,12, 13,14 und 15 erstrecken. Zusätzliche Tragglieder können innerhalb der Hülle angeordnet sein und es sind vorzugsweise zwei Stützen für die Elektroden zusätzlich zu den Zuführungsorganen vorgesehen. Zuführungen und Trag- glieder sind vakuumdicht im Grundteil 10 eingeschmolzen. Die oberen, inneren Enden der verschiede- nen Tragglieder und Zuführungen tragen schalenförmige Flanschteile 16, 17 und 18, welche ihrerseits die
Kathode 20, das Steuergitter 21 und das Schirmgitter 22 tragen. Die jeweiligen diese Gitter bildenden Drähte sind an der Innenseite von Stangen befestigt, wie dies genauer aus Fig. 2 ersichtlich ist.
Die Trag- stangen 21'und 22'des Gitters stimmen radial überein, d. h. dass eine betrachtete Tragstange des einen Gitters in radialer Richtung mit der Tragstange des andern Gitters fluchtet, vgl. die Fig. 2 und 3.
Mit dem Grundteil 10 ist die sich nach aufwärts erstreckende Ringwand 25, die ebenfalls aus keramischem Material besteht und einen Gehäusering bildet, dicht verbunden. Der Gehäuseteil 25 ist ein ringförmiger, keramischer Teil des Gefässes und der Grundteil 10 bildet einen Verschluss für das untere Ende des Teiles 25.
Der obere, den Anodenteil bildende Gefässteil ist ein massiver, aus keramischem Material bestehender Ring 26, der Längsnuten 28 besitzt, die an ihrer Innenseite eine Metallisierung 29 tragen, welche das Anodenelement der Röhre bildet. Eine aus Molybdän bestehende Beschichtung von ungefähr 0,0024 mm Dicke besitzt einen elektrischen Widerstand von 0. 006 Ohm, eine für die Verarbeitung eines Stromes von mehreren Ampere Stärke geeignete Grösse. Die dargestellte Form einer Anode ist leicht und billig herstellbar, u. zw. mit grösster Genauigkeit durch Formpressen oder Strangpressen des keramischen Bauteiles. Dies sind Vorteile gegenüber ganz ausMetall hergestellten Anoden.
Ausserdem hat dieser Aufbau weniger Teile und beseitigt das Problem thermischer Dehnungsunterschiede, welche dazu führen, dass es, wenn sie in einer Röhre der Metall-Keramikbauweise auftreten, bei der eine Metallanode gesondert, z. B. von einem mit der Gefässwand verbundenenFlansch getragen wird, zu sehr starken Wärmeströmungen kommt.
Das obere Ende des Gefässes ist durch einen schalenförmigen Metallteil 30 verschlossen, welcher mit dem Anodenteil 26 des Gefässes verschmolzen oder sonstwie dicht verbunden ist. Innerhalb des schalen- förmigen Verschlussteiles 30 ist ein zweiter schalenförmiger Verschlussteil 31 vorgesehen, der Abstandfinger 32 bildet, von denen vorzugsweise drei ausgebildet sind ; sie ragen in die Nuten 28 des Anodenteiles 26 des Gefässes um den Verschlussteil 30 während der Verbindungsmassnahmen an Ort zu halten.
Die Metallkappe 30 wird mit dem Anodenteil des Gefässes dicht verbunden, nachdem die Röhre das Aufheizen und die Evakuierung erfahren hat, was bei hohen Temperaturen erfolgt, damit das Rohr verlässlich entgast wird. Die Entgasungstemperatur liegt unterhalb der Schmelztemperatur des Verschlussmetallteiles, welcherRingform haben möge. Der Verschmelzungsring wird zwischen dem Flansch 30'der Kappe 30 und dem metallischen Teil der Anode eingelegt. Nach der Entgasung und Entleerung des Gefässes auf einem Pumpautomaten ergibt sich die Verschmelzung durch Erhitzung des (nicht dargestellten) Schweissoder Lotriages auf seine Schmelz- oder Löttemperatur.
Die Teile der Gefässhülle, die miteinander und mit den Zufilhrungselementen zu verschweissen sind, sowie die Verschlusskappe können dadurch miteinander verbunden werden, dass eine Molybdatlösung auf die Oberfläche. aufgebracht und metallisiert wird, um auf dem keramischen Material eine Oberfläche hervorzubringen, mit der die Teile während des Fabrikationsganges der Röhre dicht verbunden werden können.
Der Grund- oder Bodenteil10 des Gefässes ist von einer metallischen Hülse 35 umgeben, die vorzugsweise eine aus Weichlot oder aus einem Hartlot höheren Schmelzpunktes bestehende Füllung 36 besitzt, um eine wärmeübertragende Einrichtung zu schaffen, die zwischen dem unteren Teil 25 des Gefässes und seinemBodenteillO wirksam ist, so dass die Hitze wirkungsvoll zu einem passend geformten Metallsockel
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abgeleitet werden kann, der mit einem aus Metall bestehenden Wärmeabführteil 38 verbunden ist.
Die Innenwandung des Gefässteiles 25 kann bei 33 beschichtet sein, um zusammen mit dem Schirmgitter und dem Flansch 18 eine weitere Abschirmung zwischen der Anode und dem Steuergitter zu ergeben, wobei diese Beschichtung 33 mit dem Erdpotential durch jene Metallisierung verbunden ist, die sich zwischen der Hülle 25 und dem Bodenteil 10 befindet sowie durch den Sockel 37 und den Wärmeabfah- rungsteil 38.
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vor einer Nut 28 angeordnet sind. Dies erlaubt es, das Steuergitter sehr nahe an die Kathode heranzu- rücken, wodurch der Durchgriff und die Aussteuerbarkeit verbessert werden. Dieser Abstand kann kleiner als der Durchmesser eines Seitenträgers gemacht werden.
Durch eine solche Anordnung der Seitenstangen
21'und 22'in Übereinstimmung mit der Mitte der Nuten 28 wird der Abstand zwischen den Seitenstangen und den elektronenempfangenden Teilen der Anode zu einem Maximum, auf welche Weise die gegenseiti- ge kapazitive Beeinflussung der Elektroden herabgesetzt urd der Überschlagspannungsweg vergrössert wird.
Um die Vorteile einer Röhre zu erläutern, die in Übereinstimmung mit den vorhergehenden Angaben aufgebaut ist, sei zunächst auf Fig. 3 Bezug genommen, in der schematisch eine andere Röhrenform dar- gestellt ist und deren Wärmeableitung nicht jene Vorteile zeigt wie sie einer Bauweise nach Fig. 1 zukom- men. In Fig. 3 bezeichnet 40 einen Grundteil mit Durchführungen 41, welche die Elektroden innerhalb des Gefässes tragen und welcher das eine Ende eines ringförmigen Teiles 42 verschliesst. Das obere Ende des Teiles 42 ist durch einen Ring 43 verschlossen, der einen Tragflansch 44 besitzt, um eine aus Stahl bestehende Anode 45 innerhalb der Gefässhülle zu fixieren, sowie durch einen aus Metall bestehenden schalenförmigen Teil 46. Der Grundteil 40 und der ringförmige Bauteil 42 bestehen aus einem isolieren- den Material, wie z. B. Forsterit.
Eine mit einem Flansch versehene niedrige Hülse 47, die mit der Hülle verbunden ist, verbindet die Röhre mit dem Tragchassis und dem Wärmeabführungsteil 48.
Der Temperaturanstieg A T zwischen dem Wärmeabführungsteil 48 und der Anode 45 ist, in Celsiusgraden, gleich R x Pd, worin R den Wärmewiderstand des Wärmeübertragungsweges, und Pd die an der Anode entwickelte elektrische Leistung ist.
In der Röhre nach Fig. 3 ist R = 20 - 21 Ohm, was bei einer Anodenleistung von 18 W zu einem
Temperaturanstieg AT = 370 C führt. Demnach wird, wenn der Wärmeabführungsteil 48 eine Temperatur von 600C aufweist, die Anodentemperatur 4300C betragen. Diese Temperatur ist zwar für Leistungröhren herkömmlichen Aufbaues, d. h. von beträchtlicher Grösse und mit bekannten Kühleinrichtungen, gebräuchlich, aber nicht niedrig genug, um hohe Verlässlichkeit zu gewährleisten, weil eine solche Temperatur okkludierte Gase freizusetzen vermag. Ausserdem ist eine Leistungsabgabe von 18 W kein angemes sener Gegenwert oder gar eine volle Ausnützung der elektrischen Kapazität der Röhre.
Der Wärmeabführungsweg einer Röhre, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, hat einen beträchtlich niedrigeren Widerstand als dies für eine in Fig. 3 dargestellte Röhre der Fall ist. Wenn die ringförmigen keramischen Bauteile 25 und 26 aus Aluminiumoxyd bestehen, beträgt der Widerstand der Wärmeübertragung 3, 2 bzw. 1, 3 Ohm. Der Widerstand der wärmeübertragenden Hülse beträgt um 1 Ohm und demnach beträgt der Gesamtwiderstand R nur ungefähr 5,5 Ohm. Dies führt zu einer Anodentemperatur von nur 1590C für einen Wärmefluss von 18 W. Sogar für eine Leistung von 60 W wird die Anodentemperatur nicht über 3900C ansteigen. Eine solche Wärmeabgabe ist viel höher als dies für eine Verwendung der Röhre in einer Horizontalablenkschaltung eines Farbfernsehempfängers erforderlich ist.
Einer der Gründe für diese wesentlich verminderte Anodentemperatur bei gleicher Wattabgabe liegt darin, dass der keramische Anodenteil Bestandteil des Röhrengefässes ist, und dass die Anode selbst in direktem Kontakt mit dem keramischen Teil steht. Die Wärme strömt durch die Teile 26 und 25 zu der Hülse 35, dem Sockel 37 und dem Wär- meabführungsteil 38. Da die Anodenkappe 30 sehr wenig Wärmefluss übernimmt, entstehen an ihrer Verbindungsstelle mit dem A, t0denkörper 26, der ungefähr dieselbe Temperatur wie die Anodenkappe aufweist, keine oder fast keine Spannungen.
Der Wärmefluss durch die Ringteile ist in Fig. 1 durch die gekrümmten Linien dargestellt. Es ist ersichtlich, dass dieser Weg durch einen sich sehr schnell vergrössernden Querschnitt radial nach aussen zu dem dicken Gehäusewandteil 25 führt. Der Wärmeweg geht sodann durch die wärmeübertragende Hülse 35 und die Lötmetallfüllung 36 zum Sockel oder der Verbindungshülse 37 und von dort zum Wärmeab- führungsteil 38. Der Verbindungsteil 37 bildet einen Bestandteil des eigentlichen Röhrensockels 60, der aus isolierendem Material besteht und mit den metallischen Kontaktzungen 61 versehen ist. Diese Anordnung schafft eine Wärmeströmung von sehr geringem thermischem Widerstand. Jegliche in den verschiedenen
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