DE1096506B

DE1096506B - Electrical discharge tubes composed of several ring-shaped sections, in particular metal-ceramic tubes

Info

Publication number: DE1096506B
Application number: DEG27782A
Authority: DE
Inventors: Trasimond Adam Soileau Jun
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1958-09-03
Filing date: 1959-08-22
Publication date: 1961-01-05

Description

Aus mehreren ringförmigen Abschnitten zusammengesetzte elektrische Entladungsröhre, insbesondere Metallkeramikröhre Die Erfindung betrifft eine aus mehreren ringförmigen Abschnitten zusammengesetzte elektrische Entladungsröhre mit mindestens einem zwischen Kathode und Anode liegenden Flachgitter. Insbesondere ist an eine Metallkeramikröhre gedacht, welche derart aufgebaut ist, daß ringförmige Abschnitte aus Keramik mit entsprechenden der Kontaktzuführung dienenden Metallabschnitten abwechseln.Electrical composed of several ring-shaped sections Discharge tube, in particular metal-ceramic tube The invention relates to one of a plurality of ring-shaped sections composed of an electrical discharge tube at least one flat grid located between the cathode and anode. In particular is thought of a metal-ceramic tube which is constructed so that annular Ceramic sections with corresponding metal sections used for contact feed alternate.

Die keramischen Materialien, die bei der Fertigung solcher Röhren verwendet werden, haben den Vorteil, daß sie verhältnismäßig hohen Umgebungs- und Dauertemperaturen widerstehen können. Die Praxis hat gezeigt, daß solche Röhren mit keramischen Konstruktionsteilen auch bei Umgebungstemperaturen von etwa 400° C ohne weiteres benutzt werden können. Es wurde jedoch beobachtet, daß eine Zerstörung dieser keramischen Materialien eintritt, wenn sie Temperaturgradienten ausgesetzt sind, die größer als etwa 40° C/cm betragen.The ceramic materials used in the manufacture of such tubes are used have the advantage that they are relatively high environmental and Can withstand permanent temperatures. Practice has shown that such tubes with ceramic construction parts even at ambient temperatures of around 400 ° C can be used without further ado. However, it was observed that destruction This ceramic material occurs when exposed to temperature gradients are greater than about 40 ° C / cm.

Keramikröhren, die zur Erzeugung hoher Leistung bestimmt sind, sind tatsächlich relativ hohen thermischen Gradienten während jeder Aufheizperiode ausgesetzt, da große Wärmemengen im Anodenraum der Röhre erzeugt werden, die den keramischen Körper, der der Anode benachbart ist, schnell aufheizen. Das Kathodengebiet der Röhre ist jedoch kurz nach Beginn des Einschaltens noch auf einer relativ niedrigen Temperatur. Wegen der geringen thermischen Leitfähigkeit des keramischen Materials ergeben sich daher erhebliche Temperaturgradienten.Ceramic tubes that are designed to generate high power are actually exposed to relatively high thermal gradients during each heating period, because large amounts of heat are generated in the anode space of the tube, which the ceramic Quickly heat up the body that is adjacent to the anode. The cathode area of the However, shortly after switching on, the tube is still at a relatively low level Temperature. Because of the low thermal conductivity of the ceramic material there are therefore considerable temperature gradients.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu beseitigen und somit eine Metallkeramikröhre zu schaffen, bei der trotz der hohen zu erwartenden Temperaturen Temperaturgradienten, welche eine Zerstörung des keramischen Materials hervorrufen würden, nicht auftreten. Solche Röhren sind dann auch zur Erzeugung von verhältnismäßig hohen Leistungen geeignet.It is the object of the invention to eliminate these disadvantages and thus creating a metal-ceramic tube at which despite the high to be expected Temperatures Temperature gradients, which destroy the ceramic material would not occur. Such tubes are then also for production suitable for relatively high performances.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Entladungsröhre von einer Haube aus gut wärmeleitendem und Wärme abstrahlendem Material umgeben ist, welche bodenseitig an dem Anodenblock befestigt ist und deren Seitenwände die einzelnen ringförmigen Abschnitte in einem solchen Abstand einschließen, daß diese Haube zur Verminderung bzw. Beseitigung eines sonst in den einzelnen Teilen auftretenden Temperaturgradienten alle Teile der Anordnung, insbesondere die aus Keramik bestehenden Isolierabschnitte, durch Strahlung gleichmäßig erhitzt.To solve this problem it is proposed according to the invention that the discharge tube from a hood made of good heat conducting and heat radiating Material is surrounded, which is attached to the bottom of the anode block and their Side walls enclose the individual annular sections at such a distance that that this hood to reduce or eliminate an otherwise in the individual parts occurring temperature gradients all parts of the arrangement, especially the one from Ceramic insulation sections, heated evenly by radiation.

Es ist zwar bereits eine Metall-Keramik-Röhre bekannt, bei der an dem Anodenkörper ein metallisches Flanschstück in Richtung zu den ringförmigen Abschnitten der Entladungsröhre angesetzt - ist. Dieses Flanschstück hat bei der bekannten Anordnung jedoch lediglich die Aufgabe einer mechanischen Befestigung. Die Beseitigung eines durch die Ausstrahlung des Anodenkörpers bedingten Temperaturgradienten entlang der .einzelnen ringförmigen, die Entladungsröhre bildenden Ringe ist dort nicht beabsichtigt und mit der dargestellten Anordnung auch nicht möglich.A metal-ceramic tube is already known in which an the anode body a metallic flange piece in the direction of the annular sections is attached to the discharge tube. This flange piece has in the known arrangement however, only the task of mechanical fastening. Eliminating one along temperature gradients caused by the radiation of the anode body the .individual ring-shaped, the discharge tube forming rings is not there intended and also not possible with the arrangement shown.

Schließlich ist eine Entladungsröhre mit einem keramischen Durchführungsisolator bekannt, in dem ein kragenförmig gebogenes Metallstück befestigt ist. Der freie Flansch dieses Metallstückes dient seinerseits zur Befestigung des unteren zylindrischen Endes eines metallischen Röhrenkolbens. Auch bei dieser bekannten Anordnung ist von einem Temperaturausgleich nichts erwähnt.Finally, there is a discharge tube with a ceramic bushing insulator known, in which a collar-shaped bent piece of metal is attached. The free one The flange of this piece of metal is used in turn to attach the lower cylindrical End of a metallic tubular flask. This is also the case with this known arrangement nothing mentioned of a temperature equalization.

Bei der Beschreibung der Erfindung wird von einer elektrischen Entladungsröhre ausgegangen, welche derart aufgebaut ist, daß abwechselnd ringförmige keramische Wandabschnitte und metallische Kontakte der gleichen Form aufeinandergesetzt sind. Mit der Anöde der Röhre ist ein gut wärmeleitendes und wärmeabstrahlendes Teil in Form einer Kappe verbunden, die einen wesentlichen Teil der Röhrenanordnung in ihrer gesamten Länge umschließt oder einhüllt. Dadurch wird ein Weg niedrigen Wärmewiderstandes von der Anode aus hergestellt, d. h. die Temperatur der Kappe kann schnell ansteigen, so daß die abgestrahlte Wärme gleichmäßig auf alle Teile des keramischen Werkstoffes verteilt wird. Auf .diese Weise werden alleTeile des keramischenMaterials annähernd gleichmäßig erhitzt und die Ausbildung von thermischen Gradienten wird auf ein Minimum beschränkt.In describing the invention, reference is made to an electric discharge tube assumed, which is constructed in such a way that alternating ring-shaped ceramic Wall sections and metallic contacts of the same shape are placed on top of one another. With the anode of the tube a good heat-conducting and heat-radiating part is in Form a cap connected, which is a substantial part of the tube assembly in their encloses or envelops the entire length. This creates a path of low thermal resistance made from the anode, d. H. the temperature the cap can increase rapidly so that the radiated heat is evenly distributed to all parts of the ceramic material is distributed. In this way all parts of the ceramic material become almost uniformly heated and the formation of thermal gradients is kept to a minimum.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der Abbildungen erläutert.An embodiment of the invention is described below with reference to the Illustrations explained.

Fig.1 stellt einen Aufriß - teilweise im Querschnitt - einer an sich bekannten keramischen und metallischen Röhre mit geschichteter Konstruktion dar, die eine Haube gemäß -der Erfindung aufweist; Fig.2 zeigt eine perspektivische, etwas auseinandergezogene Ansicht der Anordnung von Fig.1, und zwar besonders den Teil der Erfindung. .Figure 1 represents an elevational view - partly in section - of a known ceramic and metallic tube having a layered structure is that a hood according to - the invention comprises; Figure 2 shows a perspective, somewhat exploded view of the arrangement of Figure 1, specifically that part of the invention. .

Fig. 1 zeigt eine elektrische Entladungsanordnung, allgemein mit 1 bezeichnet, die von geschichteter Struktur ist und abwechselnd isolierende und leitende Elemente enthält: Die Anordnung besteht aus isolierenden Elementen, die aus einem Paar koaxialer Zylinderwandabschnitte 2 und 3 und einer keramischen Scheibe 4 bestehen. Die leitenden Elemente können aus Titan-Elektrodenkontakten bestehen, die die scheibenförmigen Anoden-, Gitter- und Kathodenkontakte 5, 6 und 7 und streifenförmige Heizzuführungskontakte 8 beinhalten. Diese Kontakte können zinkenförmige Ausbuchtungen 9 besitzen, die, wie Fig.2 zeigt, aus einer Seite der Anordnung heraustreten, um eine Verbindung zu einem passenden Schaltkreis zu ermöglichen, z. B. durch Einführen in geeignete Öffnungen einer gedruckten Schaltungsplatte. Zusätzlich sind auf jeder Seite der Laschen 9 an den Kontakten 5, 6 und 7 gerade Ecken vorgesehen, die ein Einsetzen der Anordnung in ebene Oberflächen, wie sie z. B. bei gedruckten Schaltungsplatten vorliegen (nicht dargestellt), erleichtern. Der Anodenkontakt 5 ist z. B. durch Löten über dem offenen Ende des oberen keramischen Zylinders 2 befestigt, An der inneren Oberfläche des Kontaktes 5 befindet sich -entweder aus einem Stück geformt oder angelötet -ein zylindrischer Anodenstutzen oder Anodenblock 10 mit einer ebenen aktiven Oberfläche 11. Der Kontakt 6 hat die Gestalt eines Dichtungsringes und ist fest mit den keramischen Zylindern 2 und 3 verbunden. Bei diesem Aufbau ist das Flachgitter auf einem ringförmigen kegelstumpfförmig geformten Rahmen aufgespannt, der seinerseits unter Federspannung zwischen zwei benachbarte aus Isoliermaterial bestehende Abschnitte der Entladungsröhre eingespannt ist. Der Kontakt 7 ist ähnlich dem Kontakt 6 und ebenfalls fest mit dem keramischen Zylinder 3 und der keramischen Scheibe 4 verbunden. Mit nicht dargestellten Hilfsmitteln ist der Kontakt 7 mechanisch und elektrisch mit dem Kathodenhalter 12 verbunden, der ein ebenes Kathodenelement 13; das im wesentlichen parallel zur ebenen Anodenoberfläche 11 verläuft, trägt. Die Kontakte 8 sind auf der äußeren Oberfläche der Scheibe 4 befestigt und elektrisch mit den beiden Heizfadenenden (nicht dargestellt), die in dem Kathodenhalter 12 liegen, verbunden.1 shows an electrical discharge arrangement, generally designated 1, which is of a layered structure and contains alternating insulating and conductive elements: the arrangement consists of insulating elements consisting of a pair of coaxial cylinder wall sections 2 and 3 and a ceramic disk 4. The conductive elements can consist of titanium electrode contacts which contain the disk-shaped anode, grid and cathode contacts 5, 6 and 7 and strip-shaped heating supply contacts 8. These contacts can have prong-shaped bulges 9 which, as FIG. 2 shows, protrude from one side of the arrangement in order to enable a connection to a suitable circuit, e.g. By inserting it into suitable openings in a printed circuit board. In addition, straight corners are provided on each side of the tabs 9 on the contacts 5, 6 and 7, which enable the assembly to be inserted into flat surfaces, such as those used, for example, in FIG. B. in printed circuit boards (not shown), facilitate. The anode contact 5 is z. B. fixed by soldering over the open end of the upper ceramic cylinder 2, on the inner surface of the contact 5 is-either molded in one piece or soldered-a cylindrical anode connector or anode block 10 with a planar active surface 11. The contact 6 has the shape of a sealing ring and is firmly connected to the ceramic cylinders 2 and 3. In this construction, the flat grid is stretched on an annular, frustoconical frame, which in turn is clamped under spring tension between two adjacent sections of the discharge tube made of insulating material. The contact 7 is similar to the contact 6 and is also firmly connected to the ceramic cylinder 3 and the ceramic disk 4. The contact 7 is mechanically and electrically connected to the cathode holder 12, which has a flat cathode element 13; which runs essentially parallel to the flat anode surface 11 , carries. The contacts 8 are fastened to the outer surface of the disk 4 and are electrically connected to the two filament ends (not shown) which lie in the cathode holder 12.

Zwischen Anode und Kathode befindet sich eine Gitterelektrode 14, die aus einer ebenen Anordnung von Drähten besteht, welche ein Drahtnetz und einen flachen kegelstumpfförmigen Dichtungsring 16 beinhaltet. Ein dünner metallischer Streifen 17 aus einer Nickel-Eisen-Kobalt-Legierung oder einem anderen Werkstoff ist zwischen Gitter und oberen keramischen Zylinder eingefügt und am äußeren Rand mit dem inneren Rand des Gitterkontaktes 16 punktverschweißt, wodurch ein elektrischer Kontakt zwischen Gitter und Gitteranschluß 6 hergestellt wird. Das Drahtnetzgitter 14 ist dem Anodenblock 10 benachbart, und der dünnere ringförmige Rand des Dichtungsringes 16 erstreckt sich zur Katlode 12. Das Gitter 14 ist straff über den Dichtungsring gespannt und durch Löten an dem breiteren ringförmigen Rand des Ringes befestigt. Da die eben beschriebenen Merkmale der Anordnung 1 keinen Teil der vorliegenden Erfindung darstellen, sondern nur als Beispiel für einen keramischen Röhrenaufbau dienen, für die sich die Erfindung eignet, ist eine weitere Beschreibung dieser Merkmale nicht nötig.Between the anode and cathode there is a grid electrode 14, which consists of a planar arrangement of wires which includes a wire mesh and a flat, frustoconical sealing ring 16. A thin metallic strip 17 made of a nickel-iron-cobalt alloy or another material is inserted between the grid and the upper ceramic cylinder and spot-welded at the outer edge to the inner edge of the grid contact 16, whereby an electrical contact between the grid and the grid connection 6 is established . The wire mesh grid 14 is adjacent to the anode block 10, and the thinner annular rim of the sealing ring 16 extends for Katlode 12. The grating 14 is taut across the sealing ring and fixed by soldering at the wider annular rim of the ring. Since the features of the arrangement 1 just described do not form part of the present invention, but only serve as an example of a ceramic tube structure for which the invention is suitable, a further description of these features is not necessary.

Um hohe thermische Gradienten in den keramischen Teilen 2, 3 und 4 in der Anordnung 1 auszuschließen, wird ein Wärmeleiter und -strahler in Form einer Haube vorgeschlagen, der im wesentlichen aus einem U-förmigen Körper 18 mit einer ebenen Endbegrenzung 19 besteht. Die Haube besteht vorzugsweise aus Aluminium oder Kupfer oder einem gut wärmeleitenden Werkstoff und ist überzogen mit einem Werkstoff, etwa einer kolloiden Lösung von Graphit, um eine gute Wärmeabstrahlung zu gewährleisten. Eine solche Lösung ist unter dem Namen »Aquadag« erhältlich. Die axialen Abmessungen der Haube werden entsprechend der Anordnung 1 so gewählt, daß die keramischen Teile 2, 3 und 4 vollständig davon umgeben sind. Die Länge der Seitenwände des U-förmigen Körpers ist den Kontakten 5, 6 und 7 mit zugehörigen Laschen 9 angepaßt, so daß, wenn die Anordnung 1 auf eine gedruckte Schaltungsplatte oder etwas ähnliches gesetzt wird, die freien Enden der Seitenteile eben mit der Grundplatte und den geraden Kanten der Kontakte 5, 6 und 7 abschließen. Die Haube ist an dem Anodenkontakt 5 und an dem Anodenblock 10, der während des Betriebes am meisten erwärmt wird, befestigt. Die Befestigung der Haube kann auf irgendeine Weise hergestellt werden, z. B. mit einer Schraube 20, die durch eine Öffnung 21, welche in der Mitte des Endabschnittes 19 der Kappe vorgesehen ist, hindurch in das Gewinde 23 im Anodenblock 10 eingeführt wird.In order to exclude high thermal gradients in the ceramic parts 2, 3 and 4 in the arrangement 1, a heat conductor and radiator in the form of a hood is proposed, which consists essentially of a U-shaped body 18 with a flat end delimitation 19. The hood is preferably made of aluminum or copper or a material with good thermal conductivity and is coated with a material, for example a colloidal solution of graphite, in order to ensure good heat radiation. Such a solution is available under the name "Aquadag". The axial dimensions of the hood are selected according to the arrangement 1 so that the ceramic parts 2, 3 and 4 are completely surrounded by it. The length of the side walls of the U-shaped body is adapted to the contacts 5, 6 and 7 with associated tabs 9, so that when the assembly 1 is placed on a printed circuit board or something similar, the free ends of the side parts are flush with the base plate and complete the straight edges of contacts 5, 6 and 7. The hood is attached to the anode contact 5 and to the anode block 10, which is most heated during operation. The attachment of the hood can be made in any way, e.g. B. with a screw 20, which is inserted through an opening 21, which is provided in the center of the end portion 19 of the cap, through into the thread 23 in the anode block 10.

Es ist zu bemerken, daß der flache Endabschnitt 19 der Kappe in einem gewissen Abstand vom Anodenanschluß 5 durch die nach innen gerichtete Versenkung 22 gehalten wird.It should be noted that the flat end portion 19 of the cap in one certain distance from the anode connection 5 due to the inwardly directed countersink 22 is held.

Um einen Weg hoher Wärmeleitfähigkeit vom Anodenblock 10, verglichen mit dem Wärmeleitungsweg vom Anodenblock zu dem keramischen Teil 2, zu gewährleisten, ist ein ringförmiger Schlitz 24 in dem Anodenanschlußteil5 vorgesehen. Dieser Schlitz wirkt als ein Wärmewiderstand, der die Wärmeleitung zum keramischen Teil t vermindert. Ein anderer Weg besteht darin, eine genügend dünne Elektrode 5 zu benutzen, die einen Weg hohen Wärmewiderstandes zwischen dem Anodenblock 10 und dem keramischen Tei12 darstellt. Der Hauptanteil der Wärme, die auf der aktiven Anodenoberfläche 11 erzeugt wird, wird auf diese Weise direkt auf die Haube übertragen, welche wegen ihrer ausgezeichneten Wärmeleitfähigkeit sehr schnell auf hohe und verhältnismäßig gleichmäßige Temperatur gebracht wird und die Wärme gleichmäßig über die gesamte Länge derAnordnung 1 ausstrahlt. Auf diese Weise wird erreicht, daß die keramischen Teile 2, 3 und. 4 ziemlich gleichmäßig erhitzt werden, so daß die Entstehung thermischer Gradienten verhindert wird.In order to ensure a path of high thermal conductivity from the anode block 10 compared with the heat conduction path from the anode block to the ceramic part 2, an annular slot 24 is provided in the anode connection part 5. This slot acts as a thermal resistor, which reduces the heat conduction to the ceramic part t. Another way is to use a sufficiently thin electrode 5, which represents a path of high thermal resistance between the anode block 10 and the ceramic part. The main part of the heat that is generated on the active anode surface 11 is transferred in this way directly to the hood, which, because of its excellent thermal conductivity, is very quickly brought to a high and relatively uniform temperature and radiates the heat evenly over the entire length of the arrangement 1 . In this way it is achieved that the ceramic parts 2, 3 and. 4 can be heated fairly uniformly, so that the development of thermal gradients is prevented.

Es ist zu bemerken, daß die Haube darüber hinaus eine unzulässig hohe Erhitzung des Anodenblockes 10 verhindert, dadurch, daß sie zugleich eine wärmeabstrahlende Fläche darstellt, die in der Lage ist, große Mengen von Wärme von der Anordnung abzuführen. Ein Zerbrechen der keramischen Teile wird durch diesen Haubenaufbau, wie er oben beschrieben ist, durch den »Wärmenebenschlußeffekt« verhindert. Soweit es die Wärmeleitung betrifft, bewirkt die Haube einen zu den keramischen Teilen 2, 3 und 4 parallel liegenden Wärmeableitungsweg niedrigen Widerstandes für die an der Anode erzeugte Wärmeenergie. Diejenige Wärmeenergie, die durch Strahlung von der Haube abgeführt wird, erhitzt die keramischen Teile gleichmäßig und mit konstanten Beträgen.It should be noted that the hood also prevents excessive heating of the anode block 10 , in that it also represents a heat-radiating surface which is able to dissipate large amounts of heat from the arrangement. Breaking of the ceramic parts is prevented by this hood structure, as described above, through the "heat bypass effect". As far as the conduction of heat is concerned, the hood causes a heat dissipation path, parallel to the ceramic parts 2, 3 and 4, of low resistance for the thermal energy generated at the anode. The thermal energy that is dissipated from the hood by radiation heats the ceramic parts evenly and with constant amounts.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Assembled from several annular sections electric discharge tube, in particular metal-ceramic tube, with at least one Flat grids lying between anode and cathode, characterized in that they is surrounded by a hood made of good heat-conducting and heat-radiating material, which is attached to the bottom of the anode block: and the side walls of which the individual include annular sections at such a distance that this hood to Reduction or elimination of a temperature gradient that would otherwise occur in the individual parts all parts of the arrangement, in particular the insulating sections made of ceramic, evenly heated by radiation.

2. Discharge tube according to claim 1, characterized characterized in that between the annular anode contact and the adjacent Ceramic disc a path of low thermal conductivity is provided such that most of the heat generated at the anode is supplied to the hood by radiation will.

3. Discharge tube according to claim 1 and 2, characterized in that @ that in the anode contact ring adjoining the ceramic disc to reduce its Thickness an annular groove is incorporated.

4. Discharge tube according to claim 1 to 3, characterized in that the hood to increase the heat radiation with a suitable material, for. B. colloidal graphite is coated. Documents considered: German Patent No. 676 727; U.S. Patent No. 2,792,272; French patent specification No. 1 131659.