-
Anordnung zur Kühlung eines einen Teil der Hülle einer Elektronenröhre'bildenden
metallischen Bauteils Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Kühlung
eines einen Teil der Hülle einer Elektronenröhre bildenden metallischen Bauteiles.
-
Bei vielen Elektronenröhren, z. B. Wanderfeldröhren, Klystronröhren
und Magnetrons, ist es notwendig, einen Teil der Röhren zu kühlen. Bei Wanderfeldröhren
und Klystrons wird die Wärme an dem Kollektor entwickelt, während beim Magnetron
die Wärme in dem Anodenaufbau entsteht. Es ist üblich, derartige Röhren dadurch
zu kühlen, daß man an der heißen Elektrode eine Anzahl von Kühlrippen anbringt,
die entweder in Umfangsrichtung oder in Achsrichtung radial verlaufen, und daß ein
Kühlmittel. z. B. Luft, über diese Kühlrippen geleitet wird.
-
Um den Wärmeübergang von dem heißen Bauteil auf das Kühlmittel zu
fördern, ist es zweckmäßig, die Fläche, an der der Wärmeaustausch stattfindet, möglichst
groß zu machen. Dies hat dazu geführt, daß in der Praxis große und zahlreiche Kühlrippen
verwendet werden.
-
Obwohl der Wärmeübergang von den Rippen zum Kühlmittel proportional
dem Produkt aus der Kühlrippenfläche und der Temperaturdifferenz zwischen den Kühlrippen
und dem Kühlmittel ist, wird jedoch die Vergrößerung der Kühlrippen der Wärmeübergang
nicht direkt proportional zur Zunahme der Fläche des Wärmeaustauschers vergrößert,
weil die Temperatur entlang den Kühlrippen nicht überall gleich der Temperatur am
Fuß der Kühlrippen oder unmittelbar in der Nähe der heißen Elektrode ist. Daher
wird die Erhöhung des Wärmeübergangs infolge einer Flächenvergrößerung teilweise
durch eine Abnahme der Durchschnittstemperatur zwischen Kühlrippe und Kühlmittel
aufgehoben.
-
Um eine möglichst günstige Kühlung zu erreichen, ist es wichtig, bei
einer gegebenen Rippenoberfläche an allen Punkten der Rippen eine möglichst gleichbleibende
Temperatur aufrechtzuerhalten. Dies kann auf verschiedene Weise erreicht werden
und ist zum Teil auch schon bei früheren Ausführungen angestrebt worden. Die bekannten
Ausführungen mit sich verjüngenden Rippen waren aber nicht geeignet, einen Temperaturabfall
an den Kühlkörperrippen zu vermeiden.
-
Bei der Erfindung wird von dem Gedanken eines Nebenschlusses für den
Wärmefluß Gebrauch gemacht, wobei Rippen gleichbleibender Stärke verwendet werden
können und trotzdem die Temperatur der Rippen über ihre ganze Länge annähernd konstant
gehalten wird.
-
Bei einer Anordnung zur Kühlung eines einen Teil der Hülle einer Elektronenröhre
bildenden metallischen Bauteiles, z. B. des Kollektors einer Wanderfeldröhre, an
dem eine Anzahl von Kühlrippen angebracht ist, ist gemäß der Erfindung außer den
Kühlrippen mindestens ein Körper hoher Wärmeleitfähigkeit an dem zu kühlenden Teil
angebracht, der die Wärme zu einem äußeren Abschnitt der Kühlrippen leitet, und
es ist an dieser Stelle ein die Rippen mit diesem Körper und mit einem die Rippen
im äußeren Abschnitt verbindender Teil hoher Wärmeleitfähigkeit vorgesehen.
-
Die Anordnung hat den Vorteil, daß in einem gegebenen Raumvolumen
wesentlich mehr Rippen untergebracht werden können als bei einer Anordnung mit sich
verjüngenden Rippen.
-
Vorzugsweise sind die nach außen verlaufenden Körper hoher Wärmeleitfähigkeit
zwischen mindestens zwei Rippen angeordrmt und fest mit ihnen verbunden.
-
Es empfiehlt sich, die Anordnung so zu wählen, daß die Kühlrippen
in Ebenen senkrecht zur Systemachse der Röhre angeordnet sind und die Verbindungsteile
hoher Wärmeleitfähigkeit parallel zur Systemachse verlaufen.
-
Die Kühlrippen können auch in radialen Ebenen zur Systemachse der
Röhre angeordnet sein, während die Verbindungsteile hoher Wärmeleitfähigkeit die
Systemachse kreisförmig umschließen.
-
Die Erfindung ist in Ausfiihrungsbeispielen in den Zeichnungen dargestellt.
F
i g. 1 ist ein Schnitt durch eine Wanderfeldröhre; F i g. 2 ist ein Schnitt durch
die Röhre der F i g. 1 entlang der Linie 2-2 in Pfeilrichtung gesehen, und F i g.
3 ist eine Stirnansicht einer anderen Ausführungsform.
-
Die Erfindung wird im Zusammenhang mit einer Wanderfeldröhre besonderer
Bauart beschrieben. Es ist jedoch klar, daß sie ebensogut bei anderen Elektronenröhren
anwendbar ist, die einen metallischen Bauteil haben, der einen Teil der Röhrenhülle
bildet, z. B. bei Klystrons, Magnetrons usw.
-
Die Wanderfeldröhre 11 der F i g. 1 und 2 enthält eine evakuierte
Hülle 12, an deren einem Ende ein Strahlerzeugungssystem 13 mit einer Kathode
14 und einer zylindrischen Anode 15 angeordnet ist, das einen Elektronenstrahl erzeugt.
An dem anderen Ende der evakuierten Hülle 12 befindet sich eine Kollektorelektrode
16, die den Elektronenstrahl aufnimmt, der von dem Strahlerzeugungssystem
her kommt.
-
Zwischen dem Strahlerzeugungssystem 13 und der Kollektorelektrode
16 befindet sich eine Verzögerungsleitung, z. B. eine schraubenförmige Anordnung
17, die auf einer Anzahl von Halterungsstäben 18 aus Saphir montiert ist, die in
die Röhrenhülle 12 eingepaßt sind.
-
Eine Einkopplungsvorrichtung l9 zur Einkopplung der Hochfrequenz ist
an dem Strahlerzeugungsende der Röhrenhülle 12 vorgesehen, um die Hochfrequenz der
Verzögerungsleitung 17 zuzuführen. Eine Auskoppelvorrichtung21 ist am Kollektorende
der Röhre 12 vorgesehen, um die verstärkte Hochfrequenz aus der Verzögerungsleitung
17 zu entnehmen.
-
Eine Spule 22 zur Strahlfokussierung ist außen an der evakuierten
Hülle 12 vorgesehen.
-
Die Kollektorelektrode 16 enthält einen hohlen Kernteil 24 hoher Leitfähigkeit,
z. B. aus Kupfer, dessen äußeres Ende durch ein Abzugsröhrchen 25 abgeschlossen
ist, das in einem Isolator 26 eingebettet ist. Ein wärmeleitender Zylinder 27 umgibt
den Kern 24, ist starr an ihm befestigt und ist mit einer Anzahl von radial gerichteten
ringförmigen Kühlrippen 28 versehen, die eine große Fläche für den Übergang der
Wärme an das umgebende Kühlmittel, z. B. zirkulierende Luft, haben.
-
Bauteile 29 hoher Wärmeleitfähigkeit, z. B. aus Kupfer, in Form von
massiven Ringen befinden sich zwischen je zwei Rippen 28 und sind starr an ihnen
befestigt. Sie bilden einen Pfad niedrigen thermischen Widerstandes zwischen dem
Zylinder 27 und dem äußeren Bereich der Kühlrippen 28. Verbindungsstücke 31, z.
B. aus Kupfer, in Form von schmalen Ringsegmenten mit einem Außendurchmesser, der
dem der Bauteile 29 entspricht, und einem etwas kleineren Innendurchmesser sind
an den benachbarten Kühlrippen 28 starr befestigt und liegen zwischen ihnen, so
daß sie einen Pfad niedrigen thermischen Widerstandes zwischen dem Bauteil 29 und
dem äußeren Teil der Rippen 28 bilden. Auf diese Weise können die gesamten Rippen
an allen Stellen auf ungefähr gleichmäßiger Temperatur gehalten werden, und zwar
auf einer Temperatur, die etwa der des Kerns 24 entspricht, so daß zwischen den
Rippen 28 und dem Kühlmittel ein wirksamer Wärmeaustausch stattfindet.
-
Um den Vorteil der Erfindung zu kennzeichnen, kann als Beispiel angegeben
werden, daß der WärmeüberLyang von einer Kollektorelektrode der beschriebenen Art
um 40 °lo größer ist als bei einem Kollektor mit Kühlrippen ohne die zusätzlichen
Bauteile hoher Leitfähigkeit.
-
Bei einer anderen Ausführungsform kann der Bauteil 29 an dem Ende
der Kollektorelektrode 16 angeordnet sein, der nach der Kathode zu liegt, uni die
Wärme von dem heißesten Teil des Kollektors abzuleiten. Die Verbindungsstücke
31 können auch die Form von Stäben annehmen, die sich axial über die Länge
des Kollektors erstrecken, durch die Kühlrippen hindurchgehen und an ihnen befestigt
sind.
-
In F i g. 3 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung gezeigt.
Ein metallischer Bauteil 41, der dem Kern 24 der F i g. 1 und 2 entsprechen kann,
wird mit Hilfe einer Anzahl von radial und in Längsrichtung verlaufenden Kühlrippen
42 gekühlt, die z. B. durch Hartlöten an dem metallischen Bauteil 41 befestigt
sind und voneinander durch Abstandsglieder 43 im Abstand gehalten werden.
Bauteile 44
hoher thermischer Leitfähigkeit, z. B. aus Kupfer, sind zwischen
bestimmten Rippen 42 vorgesehen, um einen Pfad niedrigen thermischen Widerstandes
von dem metallischen Bauteil 41 zum äußeren Abschnitt der Rippen 42 zu bilden.
Bauteile 45 hoher Leitfähigkeit in Form von kreisförmigen Ringen, z. B. aus
Kupfer, sind mit dem äußeren Ende der Bauteile 44 verbunden und an allen
Rippen 42 befestigt, um die Wärme von dem Bauteil 44 dem äußeren Abschnitt
der Kühlrippen 42 zuzuführen. Die Rippen 42 werden daher an allen
Stellen auf etwa gleichförmiger Temperatur gehalten, und zwar auf einer Temperatur,
die etwa der des Bauteiles 41
entspricht, um den Wärmeaustausch zwischen den
Rippen 42 und dem Kühlmittel zu verbessern.
-
Der Bauteil 41 und der Kernbauteil 24 können irgendein
heißes Teilstück oder eine Elektrode einer Elektronenröhre sein. die gekühlt werden
muß, z. B. ein Teil der Hülle 12.
-
Wenn man annimmt, daß der KühIrippenquerschnitt konstant ist und ein
konstanter Wärmeaustauschkoeffizient zwischen den Kühlrippen und dem Kühlmittel
besteht, liegt die Stelle, an der die Bauteile 31 und 45 hoher Leitfähigkeit
mit den Kühlrippen 28 und 42 in Berührung kommen, zweckmäßig etwa bei zwei Dritteln
der radialen Kühlrippenlänge in der Richtung von dem Fuß der Rippe nach außen, um
die Temperatur der Rippe etwa konstant und gleichförmig zu halten. Da ein Pfad begrenzter
Leitfähigkeit durch die Bauteile 29 und 44 hoher Leitfähigkeit und die Verbindungsstücke
31 und 45 gebildet wird, kann dieser Abstand etwas größer als zwei Drittel gemacht
werden, um eine noch bessere und gleichmäßigere Temperaturverteilung entlang der
Rippen zu erhalten. Der günstigste äußere Abstand für die Anschlußstücke in Richtung
der Rippen ist wiederum anders, wenn die Rippen keine konstante Ouerschnittsfläche
aufweisen.