DE10016125A1 - Lebensdaueroptimierter Emitter - Google Patents

Abstract

Thermionischer Emitter mit einer durch Schlitze in im wesentlichen spiralig oder mäanderförmig verlaufende Leiterbahnen unterteilten flachen Emissionsfläche, die einen Teil der Stromzuführungen bildende, der Befestigung des Emitters dienende Beine aufweist, wobei Beine (2) Abschnitte (6) mit gegenüber dem der Leiterbahnen vergrößertem längenbezogenen elektrischen Widerstand aufweisen, derart, dass sich Bereiche (5, 7, 8) maximaler Temperatur mit zunehmendem Heizstrom von der Mitte des Emitters (1) zu dessen Rändern verschieben.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen thermionischen Emitter mit einer wenigstens im wesentlichen flachen, durch Schlitze in Leiterbahnen unterteilten Emissionsfläche, die einen Teil der Stromzuführungen bildende, der Befestigung des Emitters dienende Beine aufweist.

Bei direkt geheizten thermionischen Emittern ergibt sich auf­ grund der Wärmeableitung durch die Kontaktierung ein unver­ meidlicher Temperaturgradient. An den heißesten Stellen ver­ dampft verstärkt Material. Die dadurch bedingte Querschnitts­ verengung führt über eine weitere Erhitzung zum Ausfall des Emitters (Aufschmelzen).

Man hat zwar bereits versucht, durch eine geeignete Form­ gebung und Variation des Leiterquerschnittes des Emitters eine möglichst homogene Temperaturverteilung anzustreben. Die Überhitzung an den heißesten Stellen ist dann geringer, so dass entsprechend weniger Material verdampft und die Lebens­ dauer verlängert wird. Prinzipiell sind aber immer noch heiße Stellen vorhanden, an denen der Emitter, wenn auch erst nach etwas längerer Zeit, dann zu Bruch geht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen ther­ mionischen Emitter der eingangs genannten Art so auszugestal­ ten, dass er bis zu einem etwaigen Aufschmelzen eine mög­ lichst hohe Lebensdauer erreicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Beine jeweils einen Abschnitt mit gegenüber dem der Leiterbahnen vergrößertem längenbezogenen elektrischen Wider­ stand (Ω/mm) aufweisen, mit der Folge, dass sich Bereiche maximaler Temperatur mit zunehmendem Heizstrom von der Mitte der Emissionsfläche zu deren Rändern hin verschieben.

Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass im Be­ trieb einer Röntgenröhre, für die derartige thermionische Emitter in erster Linie in Frage kommen, der Röhrenstrom je nach Anwendungen und Beschaffenheit des zu durchstrahlenden Objekts schwankt. Durch die Wärmeableitung über die Beine und die daraus resultierende Wärmesenke überwiegt bei geringem Wärmestrom die Wärmeableitung über die Beine, so dass die heißeste Stelle in der Mitte der Emissionsfläche zu liegen kommt. Mit zunehmendem Röhrenstrom wird durch die erfindungs­ gemäße Verringerung des elektrischen Widerstandes im Bereich der Beine eine zusätzliche Aufheizung in diesem Bereich er­ zielt, die der Wärmeableitung entgegenwirkt und zu einer Ver­ schiebung des Temperaturmaximums aus dem Zentrum der Emissi­ onsfläche an deren Rand führt. Dabei ist eine Anordnung anzu­ streben, bei der die Verschiebung der heißesten Stelle in Ab­ hängigkeit von der Emittertemperatur und damit dem Röhren­ strom nahezu alle Bereiche der Emissionsfläche überstreicht, so dass im normalen Betrieb die Bereiche verstärkter Abdamp­ fung über die gesamte Emissionsfläche wandern und somit das gefürchtete Aufschmelzen eines ortsfesten Bereichs mit erhöh­ ter Temperatur nicht mehr auftreten kann. Es wird dann nicht nur an einer Stelle verstärkt Material verdampft, sondern der Materialabtrag auf eine größere Fläche verteilt. Die daraus resultierende geringe Querschnittsveränderung führt zu einer verlängerten Lebensdauer des Emitters.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung wird der zur Realisierung einer temperaturabhängigen Lage der heißesten Stelle der Emissionsfläche erforderliche erhöhte elektrische Widerstand dadurch realisiert, dass die einen erhöhten elektrischen Widerstand aufweisenden Ab­ schnitte einen gegenüber dem Querschnitt der Leiterbahnen verringerten Querschnitt aufweisen. Vorzugsweise wird der verringerte Querschnitt durch eine verringerte Breite der Ab­ schnitte realisiert. Zusätzlich oder alternativ besteht je­ doch auch die Möglichkeit, die Querschnittsverringerung durch eine beispielsweise durch Ätzen erzeugte verringerte Dicke der Abschnitte herbeizuführen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Variante der Erfindung be­ finden sich die Abschnitte mit erhöhtem elektrischen Wider­ stand in den Übergangsbereichen der Beine zu der Emissions­ fläche. Bei niedrigen Heizströmen tritt dann die Funktion der Abschnitte erhöhten elektrischen Widerstandes als Wärmequelle gegenüber dem Umstand, dass die Beine infolge des Umstandes, dass Wärme über sie abfließt, als Wärmesenke fungieren, in den Hintergrund. Dies hat zur Folge, dass die Emissionsfläche in ihrem mittleren Bereich die höchste Temperatur aufweist. Mit zunehmendem Heizstrom tritt die Funktion der Abschnitte verringerten elektrischen Widerstands als Wärmequellen in den Vordergrund, so dass die heißeste Stelle der Emissionsfläche nach außen in Richtung auf den Rand der Emissionsfläche, ins­ besondere in die Übergangsbereiche der Emissionsfläche zu den Beinen, wandert.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er­ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfüh­ rungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung, die eine Aufsicht auf einen erfindungsgemäß ausgestalteten thermionischen Emit­ ter mit flacher Emissionsfläche im Ausgangszustand, d. h. vor dem Abwinkeln der Beine, zeigt.

Der in der Figur gezeigte thermionische Emitter besteht aus einem flachen runden Blechstück mit angeformten Beinen 2, die zum Einbau um 90° abgewinkelt werden und dabei dann gleich­ zeitig als Stützelemente dienen, über die der Heizstrom und die Kathodenhochspannung angelegt werden. Das Blechstück ist zur Bildung einer flachen Emissionsfläche 1, von der im Be­ trieb Elektronen emittiert werden, durch Schlitze 3 und 4 in spiralig verlaufende Leiterbahnen unterteilt, durch die der Heizstrom von dem einen Bein 2 kommend über den Mittelpunkt der Emissionsfläche zu dem anderen Bein verläuft. Die Leiter­ bahnen weisen einen längenbezogenen elektrischen Widerstand R'₁ (Ω/mm) auf, der über die Gesamtlänge der Leiterbahnen wenigstens im wesentlichen konstant ist.

Durch die sich an den Beinen 2 durch Wärmeabfluß in diejeni­ gen Teile, an denen die Beine 2 befestigt sind, ergebende Wärmesenke liegt im Falle des beschriebenen Ausführungsbei­ spiels bei kleinen Heizströmen, z. B. unterhalb von 50 mA, die Stelle 5 maximaler Temperatur in der Mitte der Emissionsflä­ che 1, was durch einen schwarzen Fleck angedeutet ist.

Erfindungsgemäß ist die Ausbildung so getroffen, dass in den Übergangsbereichen zwischen den Beinen 2 und der durch die Leiterbahnen gebildeten Emissionsfläche 1 die Beine 2 Ab­ schnitte 6 aufweisen, in denen sie einen längenbezogenen elektrischen Widerstand R'₂ aufweisen, der größer ist als der längenbezogene elektrische Widerstand R'₁, der im Bereich der Leiterbahnen vorliegt. Der vergrößerte längenbezogene Wider­ stand R'₂ ist durch einen verkleinerten Querschnitt der Beine 2 in dem genannten Übergangsbereich erzielt. Dies kann ent­ weder dadurch erreicht werden, dass - wie in der Figur ge­ strichelt angedeutet ist - die Beine 2 einen Abschnitt 6 mit verringerter Breite besitzen, oder auch dadurch, dass in die­ sem Bereich die Dicke der Beine 2, beispielsweise durch Ätzen, verringert ist. Durch die in den Abschnitten 6 bei höheren Heizströmen verstärkte Wärmebildung tritt die maxi­ male Temperatur bei z. B. ca. 200 mA an zwei jeweils mit einem Kreis gekennzeichneten Stellen 7 auf. Bei noch höheren Heiz­ strömen von z. B. < 300 mA tritt die maximale Temperatur in den mit 8 bezeichneten, als kleine Quadrate angedeuteten Übergangsbereichen zu den Beinen 2 auf.

Durch diese Verschiebung der Stelle(n) maximaler Temperatur der Emissionsfläche in Abhängigkeit vom Heizstrom erfolgt die im Bereich der Stelle(n) maximaler Temperatur erhöhte Be­ lastung und Abdampfung nicht stets an der gleichen Stelle, sondern infolge des Umstandes, dass der Emitter während sei­ ner Lebensdauer immer wieder mit unterschiedlichen Heizströ­ men betrieben wird, über die Emissionsfläche verteilt, so dass eine erhöhte Lebensdauer des Emitters erreicht wird.

Claims (6)

1. Thermionischer Emitter mit einer wenigstens im wesent­ lichen flachen, durch Schlitze in Leiterbahnen unterteilten Emissionsfläche, die einen Teil der Stromzuführungen bil­ dende, der Befestigung des Emitters dienende Beine aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Beine (2) jeweils einen Abschnitt (6) mit gegenüber dem der Leiterbahnen vergrößertem längenbezogenen elektrischen Wider­ stand aufweisen.

2. Thermionischer Emitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte (6) ei­ nen verkleinerten Querschnitt besitzen.

3. Thermionischer Emitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte (6) eine verringerte Breite aufweisen.

4. Thermionischer Emitter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte (6) in den Übergangsbereichen der Beine (2) zu der Emissionsfläche (1) vorgesehen sind.

5. Thermionischer Emitter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Emissionsfläche (1) durch die Schlitze in spiralförmig ver­ laufende Leiterbahnen unterteilt ist.

6. Thermionischer Emitter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Emissionsfläche (1) durch die Schlitze in mäanderförmig ver­ laufende Leiterbahnen unterteilt ist.