DE1293909B - Gluehkathode fuer eine elektrische Entladungsroehre mit einer Waermefalle - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Glühkathode Schaltung verbundenen Kathodenanschluß einen für eine elektrische Entladungsröhre mit einer dünn- Wechselspannungsteil aufmoduliert. Dadurch entsteht wandigen flächenförmigen Wärmefalle, die sowohl eine von der Kathode stammende, über die Gitterais Stromzuführung für den Kathodenstrom als auch Kathoden-Steuerung in der Röhre verstärkte Brummfür den Heizstrom dient. 5 spannung im Ausgangssignal.

Es ist bekannt, Glühkathoden in elektrischen Ent- Eine Abhilfe durch eine Vergrößerung des strom-

ladungsröhren, z. B. Elektronen- oder Ionenröhren, leitenden Querschnitts der Wärmefalle würde zugleich mit einer Wärmefalle, d. h. einem Element erhöhten den wärmeleitenden Querschnitt vergrößern und die Wärmewiderstandes, zu versehen, das ein Abfließen Wirkung der Wärmefalle herabsetzen oder gar zuder für die Emission der Kathode erforderlichen io nichte machen, so daß dieser Weg nicht beschriften Wärmeenergie über Befestigungselemente und/oder werden kann.

Stromzuführungen für die Heizung der Röhre ver- Die französische Patentschrift 1386 875 zeigt eine

hindert. Solche Wärmefallen werden zumeist her- Anordnung, bei der die Stromzuführung für den gestellt, indem der Querschnitt der Stromzuführungs- Kathodenanschluß und auch für die Heizung der elemente für die Kathode und/oder den Heizer, in 15 Kathode über die Wärmefalle erfolgt. Es ist aber Wärmefiußrichtung gesehen, auf einer Strecke ver- andererseits aus der USA.-Patentschrift 3 056 060 ringert wird. eine Kathode bekannt, bei der die Stromzuführung

Mit einer solchen Wärmefalle wird bezweckt, die für den Kathodenanschluß über eine Wärmefalle erfür die Heizung der Kathode auf ihre Betriebstempe- folgt. Hier ist aber nicht die Wärmefalle durch eine ratur erforderliche Leistung herabzusetzen, eine mög- ao Strombrücke überbrückt, denn die Heizung liegt liehst gleichmäßige Temperaturverteilung über die spiralförmig, wie aus der Fig. 2 ersichtlich, also emittierende Fläche zu bekommen und zugleich zu etwa wie bei einer Kochplatte, in einem isolierenden verhindern, daß durch eine zu gute Wärmeleitung zu Werkstoff eingebettet, muß also zwei elektrische Anhohe Temperaturen an den Durchführungsstellen der Schlüsse aufweisen. Der eine elektrische Anschluß ist Stromzuführungselemente durch die Wand der Röhre 25 nun in den Mittelleiter hineingeführt, während das entstehen. andere Ende des Heizdrahtes an der Wärmefalle be-

Bei Röhren mit einer koaxialen Anordnung rohr- festigt ist.

förmiger Elektroden, wie sie besonders in Röhren Bei dem Gegenstand nach dieser USA.-Patent-

mittlerer und großer Leistung in höheren Frequenz- schrift 3 056 060 handelt es sich nicht um eine Überbereichen, z.B. bis zu IGHz und darüber, üblich 30 brückung der Wärmefalle, denn es ist überhaupt ist, werden häufig Wärmefallen verwendet, die eben- keine Stromleitung zu überbrücken, sondern hier hanfalls rohrförmig sind und sich an den Elektronen delt es sich lediglich um einen einfachen elektrischen emittierenden Teil der Kathode anschließen. Dieser Anschluß.

Teil der Kathode kann z. B. aus einem maschen- Die Erfindung zielt darauf ab, bei einer Glüh-

förmigen Gitter bestehen (Maschenkathode) oder als 35 kathode den elektrischen Widerstand im Gebiet der Schicht gegebenenfalls auf einer Zwischenunterlage Wärmefalle herabzusetzen, ohne daß die Verhältnisse (Matrix) auf einem rohrförmigen Teil aufgebracht der Wärmeableitung im wesentlichen geändert wersein, das zusammen mit der Wärmefalle eine Einheit den. Dieses wird nach der Erfindung unter Vermeibildet. Hierbei kann die Wärmefalle durch einen auf dung der Nachteile und Mängel der bekannten Aneinen kleineren Durchmesser eingedrehten Teil des 4° Ordnungen bei einer Glühkathode der eingangs ge-Kathodenträgers gebildet werden. Die Wärmefalle ist nannten Art dadurch erreicht, daß mindestens eine dabei wenigstens ein Teil der Kathodenhalterung und Strombrücke, deren Ausdehnung quer zur Wärmedient zugleich als die eine Zuführungsleitung für den flußrichtung klein ist und deren Querschnitt erheb-Heizstrom, den Kathodengleichstrom und den Ka- lieh größer als der Querschnitt des überbrückten Abthodenhochfrequenzstrom; hierdurch wird eine wei- 45 Schnitts der Wärmefalle ist, die Wärmefalle in Wärmetere isolierte Durchführungsstelle durch die Vakuum- flußrichtung elektrisch gut leitend für den Kathodenhülle eingespart. Die Rückleitung für den Heizstrom und Heizstrom überbrückt. Die Strombrücke oder die und, bei Kathoden mit getrennter Heizung, ebenfalls Strombrücken übernehmen ihrem Querschnitt entder Heizer liegen innerhalb des rohrförmigen Außen- sprechend den größten Teil des Heizstromes, leiten teiles. Eine ähnliche rohrförmige Wärmefalle wird 50 aber andererseits wegen ihrer kleinen Übergangsauch bei Kathoden mit einem ebenen emittierenden fläche, bezogen auf die gesamte Ausdehnung des Teil verwendet, wobei die Wärmefalle an ihrem dem Wärmequellgebietes, nur wenig Wärme vom emittie-Röhreninneren zugewandten Ende durch dieses ver- renden Kathodenteil ab. Daher ändert sich die Kaschlossen ist. thodentemperatur bei gleichbleibender Heizleistung

Bei Röhren mit indirekter Heizung läßt sich dabei 55 nicht, aber es fällt weniger Spannung über die Wärmefür einen einfachen und erschütterungsfesten Aufbau falle ab und es sinkt damit die Brummspannung im das eine Ende des Heizers in der vormontierten Heiz- Ausgangssignal.

anordnung mit deren metallenen Trägerteilen ver- Es ist möglich, daß sich kleine Inseln mit etwas

binden, die wiederum beim weiteren Zusammenstellen niedrigerer Temperatur an den Befestigungsstellen des Systems mit dem äußeren Metallteil z. B. durch 60 der Wärmebrücken auf der heißen Seite der Wärme-Schweißen verbunden werden. falle ausbilden. Daher ist es vorteilhaft, wenn der Bei solchen flächenhaften Wärmefallen hat sich als emittierende Kathodenteil in einem für einen Tempe-Nachteil herausgestellt, daß nicht nur die Temperatur, raturausgleich ausreichenden Abstand von der Besondern auch die Spannung an ihr abfällt, so daß bei festigungssteile der Strombrücke liegt, der wegen des geringen Aufwandes allgemein üblichen 65 Vorzugsweise ist die Wärmefalle ein Zylinder-Wechselstromheizung der über die Falle mitfließende mantel, der an mehreren auf dem Umfang gleich-Heizstrom dem emittierenden Teil der Kathode ge- mäßig verteilten Stellen, z. B. an drei Stellen, durch genüber dem mit dem Bezugspunkt der äußeren eine draht-, stab- oder bandförmige Strombrücke

überbrückt ist. Dabei ist es für die Stromverteilung vorteilhaft, wenn das oder die mit der Wärmefalle leitend verbundenen Enden des Heizers an den Befestigungspunkten der Strombrücken oder in ihrer Nähe liegen. Vorzugsweise ist der Querschnitt der Strombrücke(n) mindestens lOmal größer als der des jeweils überbrückten Abschnitts der Wärmefalle. Hierunter ist der streifenförmige Teil der Wärmefalle, in Wärmeflußrichtung gesehen, zu verstehen, der dieselbe Ausdehnung quer zur Wärmeflußrichtung wie die Strombrücke hat.

Es ist möglich, die Wärmefalle und die Strombrücke aus demselben Material, z. B. Kathodennickel, herzustellen, wodurch eine einfache Verarbeitung erreicht wird.

In einer besonderen Ausführungsform nach der Erfindung können das oder die mit der Wärmefalle leitend verbundenen Enden des Heizers an dem oder den Befestigungspunkten der Strombrücken oder in ihrer Nähe liegen.

Weiterhin kann die Strombrücke zwischen dem kälteren Ende der Wärmefalle und dem geheizten Teil des Kathodensystems elektrisch gut leitend angeordnet sein.

Außerdem kann die Strombrücke an dem Punkt des geheizten Teiles mit der niedrigsten absoluten Temperatur angeschlossen sein.

Die Erfindung wird für vier Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine direkt geheizte zylinderförmige Maschenkathode,

F i g. 2 eine indirekt durch Wärmestrahlung geheizte zylinderförmige Schichtkathode,

F i g. 3 eine indirekt durch Wärmestrahlung geheizte Flächenkathode im Schnitt und

F i g. 4 eine Abwandlung der Kathode nach F i g. 2, wobei in allen Figuren zur Verdeutlichung die Teile nicht maßstabgerecht dargestellt sind.

Die Maschenkathode nach F i g. 1 hat eine Wärmefalle 1 in Form eines dünnen Zylindermantels, der eine Einheit mit einem ringförmigen äußeren Kathodenanschluß 2 bildet, der erheblich dickwandiger als die Wärmefalle 1 ist. An ihrem oberen Ende geht die Wärmefalle 1 in ein ringförmiges, ebenfalls dickwandiges Teil 3 über, an dem z. B. durch Schweißen oder Löten der emittierende Teil der Kathode in Form eines Maschengitters 4 aus thoriertem Wolfram elektrisch gut leitend befestigt ist. Das Maschengitter 4 ist an seinem oberen Ende in derselben Art mit dem Rand einer metallenen Kappe 5 elektrisch gut leitend verbunden, mit deren Mitte eine stabförmige Stromzuführungsleitung 6 für den Heizstrom elektrisch gut leitend verbunden ist. Die Stromzuführungsleitung 6 ist an ihrem unteren Ende mit einem zweiten kappenförmigen Heizeranschluß 7 elektrisch gut leitend und hochvakuumdicht verbunden, sie haltert zugleich die Kappe 5 und damit die Maschengitter 4 des Kathodensystems.

Der ringförmige äußere Kathodenanschluß 2 ist über einen metallenen Zwischenring 8 mit der einen metallisierten Stirnfläche eines Keramikringes 9 und der innere Heizeranschluß 7 mit der anderen metallisierten Stirnfläche dieses Keramikringes 9 durch Löten hochvakuumdicht verbunden.

Das Kathodensystem nach Fig. 1 wird nach Fertigstellung durch Löten mit einem weiteren metallisierten Keramikteil der Elektronenröhre hochvakuumdicht verbunden.

Innerhalb der Wärmefalle 1 sind gleichmäßig auf den Umfang verteilt vier Strombrücken 10 angeordnet, die die dickwandigen Teile 2 und 3 elektrisch gut leitend miteinander verbinden und die dünnwandige Wärmefalle 1 für den Heizstrom und Kathodenstrom überbrücken. Die Strombrücken 10 haben eine gegeringe Ausdehnung quer zur Wärmeflußrichtung, die parallel zur Mittelachse der Kathode verläuft; sie bedecken infolgedessen nur eine kleine Befestigungsfläche auf den dickwandigen Teilen 2 und 3, ihr Querschnitt ist jedoch groß gegenüber dem Querschnitt des jeweils überbrückten Abschnitts der Wärmefalle, z. B. lOmal größer.

Im Betrieb fließt der Heizstrom vom Heizeranschluß 7 über die stabförmige Stromzuführungsleitung 6 und die Kappe 5 durch das auf Emissionstemperatur aufzuheizende Maschengitter 4 und wird bei der Kathode nach der Erfindung nicht mehr ausschließlich über die Wärmefalle 1, sondern zu einem großen Teil über die Strombrücken 10 zum äußeren Kathodenanschluß 2 zurückgeführt.

In der Anordnung nach F i g. 2 geht die Wärmefalle 1 in ein topfförmiges Teil 11 mit einer rohrförmigen Wandung 12 und einem ebenen Boden 13 über. Das rohrförmige Wandteil 12 ist außen auf dem größten Teil seiner Länge mit einer Emissionsschicht 14 belegt. Die Wand 12 und damit die Schicht 14 werden durch Strahlung von einem Heizer mit zwei Heizfäden 15 und 16 geheizt, die auf einem keramischen Körper 17 in bekannter Weise mit derartigem Wickelsinn angeordnet sind, daß ihre magnetischen Felder sich möglichst gut aufheben und keinen Brumm in die Röhre induzieren. Die inneren Enden der Heizfäden 15 und 16 sind elektrisch gut leitend mit der Stromzuführungsleitung 6, die äußeren Enden der Heizfäden 15 und 16 mit einem weiteren topfförmigen metallischen Träger 18 verbunden, der den keramischen Körper 17 trägt und mit seinem unteren kragenförmigen Teil z. B. durch Schweißen an dem rohrförmigen Wandteil 12 befestigt ist. Der keramische Körper 17 und der Träger 18 sind in ihrer oberen Hälfte für das Durchführen der Heizfäden 15 und 16 mit einem durch die Achse gehenden Schlitz versehen.

Die Wärmefalle 1 ist, wie bei der Anordnung nach Fig. 1, mit Strombrücken 10 überbrückt, deren obere Enden 31 mit dem unteren kragenförmigen Teil des Trägers 18 verschweißt sind.

In der Anordnung nach F i g. 2 liegt der untere Rand der Emissionsschicht 14 in einem, wenn auch geringen Abstand von den Befestigungsstellen der oberen Enden 31 der Strombrücken 10. Dieser Abstand genügt dafür, daß die Emissionsschicht 14 nicht in den Bereich der sich gegebenenfalls ausbildenden Inseln mit etwas niedrigerer Temperatur um die Befestigungsstellen herum hineinreicht. So wird eine inselartige Störung der Schichttemperatur und damit der Emission vermieden.

In der Anordnung nach F i g. 3 ist das topfförmige Teil 11 niedriger als in der Anordnung nach F i g. 2 und trägt die Emissionsschicht 14 auf der ebenen Außenfläche des Bodens 13. Der Heizfaden 21 ist auf einer keramischen Platte 22 angeordnet und wird in der Mitte über die Stromzuführungsleitung 6 gespeist. Seine äußeren Enden 23 und 24 sind jeweils mit dem oberen Ende einer der Strombrücken 10 und mit der Wand 12 elektrisch gut leitend verbunden, über die der Heizstromkreis zum äußeren Kathodenanschluß 2 zurückgeführt ist.

In der Anordnung nach F i g. 4 ist der topfförmige Träger 18 mit dem Boden 13 des Teiles 11 z. B. durch Schweißen verbunden. An einem den keramischen Körper 17 tragenden Kragen 40 des Trägers 18 sind am Umfang gleichmäßig verteilt vier Laschen 41 ausgeklinkt, von denen in der Figur der Übersichtlichkeit halber nur zwei dargestellt sind. An den Laschen 41 sind Strombrücken 10 z. B. durch Schweißen elektrisch gut leitend befestigt. Die unteren Enden der Strombrücken 10 sind am oberen Teil des äußeren dickwandigen Kathodenanschlusses 2, z. B. durch Schweißen, elektrisch gut leitend befestigt. Damit fließt der größte Teil des Heizstromes von den Heizwicklungen 15 und 16 über den Kragen 40 bzw. den oberen Teil am Träger 18 über die Anschlußlaschen 41 und Strombrücken 10 zum Kathodenanschluß 2, während der kleinere Teil vom oberen Träger 18 über die Wand 12 und die Wärmefalle 1 zum Kathodenanschluß 2 fließt. Beide Wege kann auch der Kathodenstrom nehmen. ao

Zwischen der Wärmequelle, und zwar der Heizwicklung 15 und 16, und den Anschlußlaschen 41 für die Strombrücken 10 liegt der keramische, thermisch isolierende Körper 17, wodurch ein Wärmeweg mit einem thermischen Widerstand zwischen der Wärmequelle und den Anschlußlaschen 41 geschaffen ist. Zudem haben die Strombrücken 10 eine geringe Ausdehnung quer zur Wärmeflußrichtung, die parallel zur Mittelachse der Stromzuführungsleitung 6 des Kathodensystems verläuft. Sie bedecken infolgedessen nur eine kleine Befestigungsfläche auf den Teilen 2 und 41, so daß sie nur wenig Wärme von dem Trägerteil 18 zu dem Kathodenanschluß 2 ableiten können. Ihr Querschnitt ist jedoch groß gegenüber dem Querschnitt des jeweils überbrückten Abschnitts der Wärmefalle im Sinne der obigen Definition, z. B. lOmal größer, so daß sie einen großen Teil des Heizstromes übernehmen.

Die Temperaturverteilung auf der Kathode wird wegen der getrennten Wärmewege nicht beeinflußt.

Bei einem ausgeführten Beispiel der Kathode nach Fig. 4 betrug der Kathodendurchmesser 16,5mm, die Wanddicke der aus Nickel hergestellten Teile 2,3 und 11 betrug 0,5 mm und die der Wärmefalle 1 0,05 mm. An drei gleichmäßig über den Umfang verteilten Stellen war eine Verbindung über die Strombrücken 10 in Form von drei Bändern aus Nickel mit einem Querschnitt von 0,5 mm mal 2 mm und einer freien Länge von rund 10 mm zwischen den Teilen 11 und 2 geschaffen.

Der Spannungsabfall über der Wärmefalle 1 wurde von 34 auf 2OmV verringert, wodurch der Brummabstand im Ausgangssignal, das ist das Verhältnis von störender Brummspannung und Nutzsignalspannung, gemessen unter bestimmten Bedingungen, um etwa 5 dB verringert wurde. Dabei war keine Änderung der Kathodentemperatur bei gleichbleibender Heizleistung festzustellen.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Glühkathode für eine elektrische Entladungsröhre mit einer dünnwandigen flächenförmigen Wärmefalle, die sowohl als Stromzuführung für den Kathodenstrom als auch für den Heizstrom dient, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Strombrücke (10), deren Ausdehnung quer zur Wärmeflußrichtung klein ist und deren Querschnitt erheblich größer als der Querschnitt des überbrückten Abschnitts der Wärmefalle (1) ist, die Wärmefalle (1) in Wärmeflußrichtung elektrisch gut leitend für den Kathoden- und Heizstrom überbrückt.

2. Glühkathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der emittierende Kathodenteil (14) in einem für einen Temperaturausgleich ausreichenden Abstand von der Befestigungsstelle der Strombrücke (10) liegt.

3. Glühkathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmefalle (1) ein Zylindermantel ist, der an mehreren auf den Umfang gleichmäßig verteilten Stellen durch eine draht-, stab- oder bandförmige Strombrücke (10) überbrückt ist.

4. Glühkathode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Strombrücke (10) mindestens lOmal größer als der des überbrückten Abschnitts der Wärmefalle ist.

5. Glühkathode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmefalle (1) und die Strombrücke(n) (10) aus demselben Material, z.B. Kathodennickel, bestehen.

6. Glühkathode nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit indirekter Heizung, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die mit der Wärmefalle (1) leitend verbundenen Enden (23,24) des Heizers (21) an dem oder den Befestigungspunkten der Strombrücken (10) oder in ihrer Nähe liegen.

7. Glühkathode nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit indirekter Heizung, dadurch gekennzeichnet, daß die Strombrücke (10) zwischen dem kälteren Ende (2) der Wärmefalle (1) und dem geheizten Teil (15,16,17,18) des Kathodensystems elektrisch gut leitend angeordnet ist.

8. Glühkathode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Strombrücke (10) an dem Punkt des geheizten Teiles mit der niedrigsten absoluten Temperatur angeschlossen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen