DE1005195B - Indirectly heated cathode with a cathode tube carrying an active cathode coating and a spacer supporting the heater inside the tube - Google Patents
Indirectly heated cathode with a cathode tube carrying an active cathode coating and a spacer supporting the heater inside the tubeInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
Die Erfindung bezieht sich auf indirekt geheizte Kathoden mit einem metallischen Kathodenröhrchen, das mit einem Elektronen emittierenden Stoff überzogen ist und ein Heizelement enthält und bei denen Abstandshalter zwischen der Hülse und dem Heizelement angebracht sind.The invention relates to indirectly heated cathodes with a metallic cathode tube, which is coated with an electron-emitting substance and contains a heating element and in which Spacers are attached between the sleeve and the heating element.
Die Heizelemente bestehen bei gewissen Kathoden aus einem Wolframdraht, der mehrfach in sich zurückgebogen ist, derart, daß einzelne Stücke von etwa der Länge des Kathodenröhrchens entstehen, und der einen isolierenden Überzug trägt, so daß die einzelnen Stücke sowohl gegeneinander als auch gegen das metallische Kathodenröhrchen isoliert werden.With certain cathodes, the heating elements consist of a tungsten wire that is bent back several times is, such that individual pieces of approximately the length of the cathode tube arise, and the wears an insulating coating so that the individual pieces both against each other and against the metallic cathode tubes are insulated.
Bei Kathoden dieser Art tritt aber eine Reihe von Problemen auf. So können z. B. zwischen dem Heizelement und dem Röhrchen Kurzschlüsse eintreten, weil der normale Isolationsüberzug des Heizelements manchmal elektrisch zu schwach ist. Ferner kann das elektrische Feld zwischen dem Heizelement und dem Röhrchen unter Umständen zu Schwierigkeiten führen.However, a number of problems arise with cathodes of this type. So z. B. between the The heating element and the tube short-circuits occur because of the normal insulation coating of the heating element is sometimes too weak electrically. Furthermore, the electric field between the heating element and the tube may cause problems.
Ein weiteres, bei Kathoden der erwähnten Art auftretendes Problem besteht in der Verschiebung des Heizelements gegen das Kathodenröhrchen. Wenn die Kathode im Betrieb geheizt wird und sich dann in den Betriebspausen wieder abkühlt, kann das Heizelement unter Umständen aus dem Kathodenröhrchen herausrutschen, so daß eine geringere Wärmemenge auf das Röhrchen übertragen wird. Dann vermindert sich aber die Elektronenemission der Kathode. Außerdem kann dabei die Isolation des Heizelements abblättern.Another problem that occurs with cathodes of the type mentioned is the displacement of the Heating element against the cathode tube. If the cathode is heated during operation and then in the Cools down again during breaks in operation, the heating element may slip out of the cathode tube, so that less heat is transferred to the tube. Then diminishes but the electron emission of the cathode. In addition, the insulation of the heating element can peel off.
Um diese Nachteile zu vermeiden, hat man bereits eine keramische Hülse zwischen das Heizelement und das Kathodenröhrchen eingefügt, um die Isolation zu verbessern, Kurzschlüsse zu vermeiden und das Heizelement besser zu befestigen. Um die Feldstärke zwischen dem Heizelement und dem Kathodenröhrchen zu verkleinern, hat man auch bereits eine metallische Hülse zwischen diese beiden Teile eingefügt. Beides hat sich jedoch nicht bewährt.To avoid these disadvantages, you already have a ceramic sleeve between the heating element and the cathode tube inserted to improve insulation, avoid short circuits and the heating element better to fasten. About the field strength between the heating element and the cathode tube To reduce the size, a metallic sleeve has already been inserted between these two parts. Both however, has not proven itself.
Die erwähnte Metallhülse beeinträchtigte nämlich die Wärmeübertragung auf das Kathodenröhrchen, und das Gleiten des Heizelements innerhalb des Kathodenröhrchens wurde doch nicht verhindert, und zwar wahrscheinlich deshalb, weil die Innenseite der Hülse zu glatt war. Keramische Röhrchen sind ferner sehr zerbrechlich und werden beim Einsetzen in das Kathodenröhrchen häufig zerstört.The aforementioned metal sleeve impaired the heat transfer to the cathode tube, and the sliding of the heating element within the cathode tube was not prevented, and probably because the inside of the sleeve was too smooth. Ceramic tubes are also included very fragile and are often destroyed when inserted into the cathode tube.
Ferner sind die geschilderten Mittel nicht geeignet, die obengenannten Probleme zu lösen. Ein keramisches Röhrchen beeinflußt nämlich die elektrische Feldstärke zwischen dem Heizelement und dem Kathodenröhrchen überhaupt nicht, und die erwähnte Metallhülse kann natürlich die Isolation nicht verbessern.Furthermore, the means described are not suitable for solving the above-mentioned problems. A ceramic one Namely, tube affects the electric field strength between the heating element and the cathode tube not at all, and of course the mentioned metal sleeve cannot improve the insulation.
Indirekt geheizte Kathode mit einemIndirectly heated cathode with a
einen aktiven Kathodenüberzug tragenden Kathodenröhrchen und einem den Heizera cathode tube carrying an active cathode coating and a heater
innerhalb des Röhrchens abstützendensupporting inside the tube
AbstandshalterSpacers
Anmelder:Applicant:
Radio Corporation of America, New York, N. Y. (V. St. A.)Radio Corporation of America, New York, N.Y. (V. St. A.)
Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr. 6Representative: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, patent attorney,
Munich 23, Dunantstr. 6th
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 11. Oktober 1952Claimed priority:
V. St. v. America October 11, 1952
William Kenneth Batzle, Bloomfield, N. J„
und William Curtiss Dale, Basking Ridge, N. J.William Kenneth Batzle, Bloomfield, N.J "
and William Curtiss Dale, Basking Ridge, NJ
(V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden(V. St. Α.),
have been named as inventors
Es sind ferner keramische Abstandshalter bekannt, die aber ebenfalls die Nachteile großer mechanischer Empfindlichkeit, fehlender Abschirmeigenschaften und komplizierter Formgebung besitzen. Da diese Abstandshalter aus mehreren Teilen bestehen, wird außerdem die Montage relativ schwierig und zeitraubend. Ceramic spacers are also known, but they also have the disadvantages of large mechanical spacers Sensitivity, lack of shielding properties and complicated shape. Because these spacers consist of several parts, the assembly is also relatively difficult and time consuming.
Die eingangs genannten Mängel werden dadurch vermieden, daß bei einer indirekt geheizten Kathode mit einem einen aktiven Kathodenüberzug tragenden Kathodenröhrchen und einem den Heizer innerhalb des Röhrchens abstützenden Abstandshalter nach der Erfindung der Abstandshalter aus einem mit Isoliermaterial überzogenem Metalldraht besteht, der den Heizer wendelartig derart umschließt, daß zwischen zwei benachbarten Wendelwindungen ein erheblicher Teil der Heizeroberfläche frei bleibt.The deficiencies mentioned at the outset are avoided by using an indirectly heated cathode with a cathode tube carrying an active cathode coating and a heater inside of the tube supporting spacer according to the invention, the spacer made of an insulating material there is coated metal wire, which surrounds the heater in a helical manner in such a way that between two adjacent helical turns a considerable part of the heater surface remains free.
Bei einer solchen Kathodenkonstruktion ist die Isolation zwischen dem Heizelement und dem Kathodenröhrchen wesentlich besser. Bei der im folgenden beschriebenen bevorzugten Ausführungsform wird dieIn such a cathode construction, the insulation is between the heating element and the cathode tube much better; significantly better. In the preferred embodiment described below, the
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bessere Isolation dadurch erreicht, daß zu der einfachen Isolationsschicht auf dem Heizelement noch die doppelte Isolation des Abstandshalters hinzutritt. Die Isolationsschicht ist also erheblich verstärkt. Dadurch wird es möglich, die Kathode mit einer relativ hohen Spannungsdifferenz gegen den Heizfaden zu betreiben, und es sind trotzdem keine Kurzschlüsse mehr zu erwarten.better insulation achieved by adding to the simple insulation layer on the heating element the double insulation of the spacer is added. The insulation layer is therefore considerably reinforced. Through this it becomes possible to use the cathode with a relatively high voltage difference against the filament operate, and no more short circuits are to be expected.
Bei der beschriebenen Kathodenkonstruktion wird ferner das Kathodenröhrchen beim Vorhandensein einer Spannungsdifferenz zwischen ihm und dem Heizfaden elektrostatisch abgeschirmt. Diese Abschirmung wird dann am besten, wenn der Metalldraht des Abstandshalters geerdet oder an ein anderes festes Potential nahe dem Potential des Kathodenröhrchens angeschlossen wird. Elektrostatische Aufladungen des Heizfadens gegen das Kathodenröhrchen werden dann durch den Metalldraht des Abstandshalters neutralisiert. Die Einflüsse solcher elektrostatischen Felder auf die Kathodenemission lassen sich also vermeiden.In the described cathode construction, the cathode tube is also used in the presence a voltage difference between it and the filament is electrostatically shielded. This shield then works best if the metal wire of the spacer is grounded or to another solid Potential close to the potential of the cathode tube is connected. Electrostatic charges of the Filaments against the cathode tube are then neutralized by the metal wire of the spacer. The influences of such electrostatic fields on the cathode emission can therefore be avoided.
Die beschriebene Kathodenkonstruktion vermindert auch ein Gleiten des Heizfadens gegenüber dem Kathodenröhrchen. Eine solche Verschiebung ist insbesondere dann zu beobachten, wenn der Heizfaden so geführt wird, daß er das Kathodenröhrchen mehrmais parallel zur Röhrchenachse durchläuft. Die Ausdehnung dieser einzelnen Heizfadenteile kann dazu führen, daß der Heizfaden an einem oder an beiden Enden aus dem Kathodenröhrchen herausragt. An der glatten Innenwand des Kathodenröhrchens ist auch ein solches Gleiten leicht möglich. Bei der bevorzugten Form des Abstandshalters wird der Heizfaden jedoch verhältnismäßig gut festgehalten. Diese Halterung verhindert aus zwei Gründen ein Gleiten des Heizfadens. Einerseits drückt sich nämlich der Abstandshalter in den Heizfaden ein, verformt also den Heizfaden, da er ihn nur auf einer kleinen Fläche berührt, und andererseits verläuft der Heizfaden dann nicht mehr genau parallel zur Röhrchenachse. Wenn der Heizfaden also in dieser Weise auch nur geringfügig verbogen ist, so kann er sich nicht mehr in axialer Richtung zum Abstandshalter bewegen und nicht mehr im Röhrchen gleiten.The cathode construction described also reduces sliding of the filament relative to the Cathode tubes. Such a shift is particularly noticeable when the filament is guided so that it passes through the cathode tube several times parallel to the tube axis. The expansion These individual filament parts can cause the filament to be attached to either or both Ends protruding from the cathode tube. There is also on the smooth inner wall of the cathode tube such sliding is easily possible. However, in the preferred form of spacer, the filament is held relatively well. This bracket prevents the filament from sliding for two reasons. On the one hand, the spacer is pressed into the filament, i.e. it deforms the filament, because it only touches it on a small area, and on the other hand the filament does not run more exactly parallel to the tube axis. If the filament so even slightly in this way is bent, it can no longer move in the axial direction towards the spacer and no longer slide in the tube.
Diese Vorteile werden ohne einen störenden Einfluß auf die Wärmeübertragung erreicht. Bei einer Schraubenlinienform des Abstandshalters liegt immer noch ein verhältnismäßig großer Teil der Heizfadenfläche frei, da die Abstandshalterwindungen nur einen geringen Teil der Heizfadenfläche abdecken.These advantages are achieved without a disruptive influence on the heat transfer. At a The helical shape of the spacer still covers a relatively large portion of the filament area because the spacer turns cover only a small part of the filament surface.
Fig. 1 zeigt eine Kathodenkonstruktion nach der Erfindung im Schnitt;Fig. 1 shows a cathode construction according to the invention in section;
Fig. 2 zeigt den mit Isolationsmaterial überzogenen Abstandshalter, undFig. 2 shows the spacer coated with insulation material, and
Fig. 3 ist eine vergrößerte Darstellung eines Teils der Fig. 1.FIG. 3 is an enlarged view of a portion of FIG. 1.
In Fig. 1 besteht die Kathode aus einem Nickelröhrchen 10 mit einem emittierenden Belag 11 auf seiner Außenseite, der Bariumoxyd und Strontiumoxyd enthalten kann. Das Röhrchen kann mittels einer oder mehreren Isolierscheiben 10° befestigt sein. Innerhalb des Röhrchens 10 befindet sich ein isolierter Heizfaden 12, der mehrfach umgebogen ist, so daß seine Teile 13 etwa parallel zur Längsachse des Röhrchens 10 verlaufen. Diese Teile haben etwa dieselbe Länge wie das Röhrchen 10. Der Heizfaden ist mit seinen Enden 14, 15, z. B. durch Schweißung, an den Zuleitungen 16, 17 befestigt, welche durch den Glasboden 18 der Röhre hindurchlaufen. Der Heizfaden selbst besteht aus einem Draht 19, z. B. aus Wolfram, Molybdän oder Tantal, und besitz einen Überzug 20, beispielsweise aus Aluminiumoxyd. Der Heizfaden ist in der obenerwähnten Weise in sich zurückgebogen.In FIG. 1, the cathode consists of a nickel tube 10 with an emitting coating 11 its outside, which may contain barium oxide and strontium oxide. The tube can by means of a or several insulating washers 10 °. Inside the tube 10 there is an insulated one Heating filament 12, which is bent over several times, so that its parts 13 are approximately parallel to the longitudinal axis of the tube 10 run. These parts are about the same length as the tube 10. The filament is with its ends 14, 15, e.g. B. by welding, attached to the leads 16, 17, which through the glass bottom 18 run through the tube. The filament itself consists of a wire 19, e.g. B. made of tungsten, Molybdenum or tantalum, and have a coating 20, for example made of aluminum oxide. The filament is bent back in the above-mentioned way.
Bisher ist es üblich, die Dicke des Drahtes 19 der Größe der Heizspannung anzupassen. Bei einem Heizfaden für 6 Volt hat der Draht 19 normalerweise einen Durchmesser von 0,15 mm und bei 12 Volt Heizspannung einen halb so großen Durchmesser. Die Isolationsschicht 20 ist in beiden Fällen annähernd gleich dick, beispielsweise 0,06 bis 0,08 mm. Bei einer dickeren Isolationsschicht wird die Wärmeübertragung auf das Kathodenröhrchen beeinträchtigt. Die Isolationsschichtdicke bei 12 Volt Heizspannung ist daher manchmal für die Isolation gegenüber dem Kathodenröhrchen nicht ausreichend.So far it has been customary to adapt the thickness of the wire 19 to the size of the heating voltage. With a filament for 6 volts the wire 19 normally has a diameter of 0.15 mm and with a heating voltage of 12 volts half the diameter. The insulation layer 20 is approximate in both cases equally thick, for example 0.06 to 0.08 mm. With a thicker layer of insulation, the heat transfer on the cathode tube. The insulation layer thickness at 12 volts heating voltage is therefore sometimes insufficient for the isolation from the cathode tube.
Wie oben bereits bemerkt, traten bei den bekannten indirekt geheizten Kathoden auch störende elektrische Felder zwischen dem Heizfaden und dem Kathodenröhrchen auf. Solche Felder beeinflussen das Potential des Kathodenröhrchens und können eine störende Elektronenemission des Kathodenbelags hervorrufen. Diese Feldstärke wächst mit abnehmendem Abstand zwischen Heizer und Kathodenröhrchen ebenso wie mit abnehmender Dicke der Isolation des Heizers.As noted above, with the known indirectly heated cathodes, electrical disturbances also occurred Fields between the filament and the cathode tube. Such fields influence the potential of the cathode tube and can cause disruptive electron emission from the cathode coating. This field strength increases with decreasing distance between heater and cathode tube as well as with decreasing thickness of the heater's insulation.
Bei den bekannten Kathoden konnte der Heizfaden ferner innerhalb des Kathodenröhrchens gleiten. Bei genau achsenparalleler Lage des Heizfadens im Kathodenröhrchen führt die Differenz der Wärmeausdehnung des Fadens und des Röhrchens somit dazu, daß der Faden an einem oder an beiden Enden über das Röhrchen 10 hinausragen kann und sich bei Abkühlung wieder zurückzieht. In the known cathodes, the filament could also slide inside the cathode tube. at The exact axis-parallel position of the filament in the cathode tube leads to the difference in thermal expansion of the thread and the tube so that the thread at one or both ends over the tube 10 can protrude and withdraws again when it cools down.
Wenn der Faden aber über das Röhrchen hinausragt, geht Wärme verloren, und das Röhrchen 10 wird weniger gut geheizt.However, if the thread protrudes beyond the tube, heat is lost and the tube 10 becomes less well heated.
Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform können diese Nachteile nicht mehr auftreten-Dort ist ein schraubenlinienförmiger Abstandshalter 21, bestehend aus einem Draht 22 und einem Isolierüberzug 23, dargestellt. Durch diesen Abstandshalter wird das Heizelement 12 im Röhrchen 10 festgeklemmt. In the embodiment shown in the drawing, these disadvantages can no longer occur there is a helical spacer 21 consisting of a wire 22 and an insulating cover 23, shown. The heating element 12 is clamped firmly in the tube 10 by means of this spacer.
Die einzelnen Windungen des Abstandshalters 21 sollen mindestens einen Abstand voneinander besitzen, der gleich ist dem Durchmesser des als Abstandshalter dienenden überzogenen Drahtes, um eine gute Wärmeübertragung auf das Röhrchen 10 zu ermöglichen. Maximal soll der Windungsabstand so gewählt werden, daß auf die Länge des Kathodenröhrchens zwei vollständige Windungen des Abstandshalters entfallen. Der Draht des Abstandshalters 22 kann aus einem Metall hohen Schmelzpunktes bestehen, z. B. aus Wolfram, Molybdän oder Tantal, und der Überzug 23 kann aus Aluminiumoxyd bestehen. Der Draht 22 kann einen Durchmesser von etwa 0,13 mm besitzen und der Überzug 23 eine Dicke von etwa 0,06 mm. Wie in Fig. 3 dargestellt, wird dann der Heizfaden 19 durch eine Schicht von etwa dreifacher Dicke gegen das Röhrchen 10 isoliert wie ohne Verwendung eines Abstandshalters.The individual turns of the spacer 21 should have at least a distance from one another, which is equal to the diameter of the coated wire serving as a spacer for good heat transfer to allow the tube 10. The maximum distance between the windings should be chosen so that that two complete turns of the spacer are required for the length of the cathode tube. The wire of the spacer 22 may be made of a high melting point metal, e.g. B. off Tungsten, molybdenum or tantalum, and the coating 23 can consist of aluminum oxide. The wire 22 may have a diameter of about 0.13 mm and the coating 23 a thickness of about 0.06 mm. As shown in Fig. 3, the filament 19 is then opposed by a layer of approximately three times its thickness the tube 10 isolates as if without the use of a spacer.
Der Abstandshalter 21 ist mit seinem Ende 24 an eine Einführung 25 angeschlossen, die z. B. geerdet werden kann. Das Kathodenröhrchen 10 ist über einen Draht 26 ebenfalls an die Leitung 25 angeschlossen. Bei dieser Schaltung werden durch den Abstandshalter elektrostatische Ladungen zwischen dem Heizfaden 19 und dem Röhrchen 10 neutralisiert.The spacer 21 is connected with its end 24 to an introduction 25 which, for. B. grounded can be. The cathode tube 10 is also connected to the line 25 via a wire 26. In this circuit, the spacer creates an electrostatic charge between the filament 19 and the tube 10 neutralized.
Die Enden des Röhrchens 10 berühren bei dieser Anordnung den Heizfaden nicht mehr, so daß sie also einer Verkürzung des Fadens bei seiner Abkühlung nicht entgegenwirken. Die bisher zu beobachtendeThe ends of the tube 10 no longer touch the filament in this arrangement, so that they do not counteract a shortening of the thread as it cools down. The one observed so far
immer zunehmende Vergrößerung der aus dem Röhrchen herausragenden Heizfadenteile tritt also nicht mehr auf.increasing enlargement of the filament parts protruding from the tube does not occur more on.
Im ungespannten, ursprünglichen Zustand vor dem Einsetzen in das Röhrchen hat der Schraubenlinienförmige Abstandshalter 21 vorzugsweise einen Durchmesser, der eine leichte Einführung in das Röhrchen erlaubt. Mit geeigneten Mitteln, beispielsweise durch Befestigung am Einführungsdraht 25 oder mittels eines dielektrischen Kittes 27, kann man den Ab-Standshalter im Röhrchen festlegen. Ferner kann durch eine Kittmenge 28 der Abstandshalter gegenüber dem Heizfaden festgelegt werden.In the unstressed, original state before insertion into the tube, the helical shape Spacer 21 preferably has a diameter that allows easy insertion into the tube permitted. With suitable means, for example by attachment to the insertion wire 25 or by means of a dielectric cement 27, you can fix the spacer in the tube. Furthermore can be fixed by a quantity of cement 28 of the spacers relative to the filament.
Zum Zusammenbau der ganzen Kathode wird der Abstandshalter nach einer gewissen Durchmesserverkleinerung in das Röhrchen 10 eingeführt. Sodann wird der Heizfaden 12 in den Innenraum des Abstandshalters eingepreßt. Man kann wahlweise auch den Heizfaden erst innerhalb des Abstandshalters anbringen und diesen dann in seinem Durchmesser verkleinern, so daß er sich nicht nur leicht in die Hülse 10 einsetzen läßt, sondern auch den Heizfaden 12 kräftig umfaßt. Dadurch wird eine festere Anlage zwischen dem Abstandshalter und dem Heizfaden erzielt als bei der ersteren Art des Zusammenbaues.After a certain reduction in diameter, the spacer is used to assemble the entire cathode introduced into the tube 10. Then the filament 12 is in the interior of the spacer pressed in. You can also choose to attach the filament inside the spacer and then reduce its diameter so that it does not just easily fit into the sleeve 10 can be used, but also includes the filament 12 vigorously. This creates a more solid attachment between the spacer and the filament than the former type of assembly.
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