DE1298645B - Kathodenanordnung, insbesondere fuer Laufzeitroehren - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Kathodenanordnung, Weiterbildungen, der ,Erfindung sind Gegenstand

insbesondere für Laufzeitröhren, bestehend aus der Unteransprüehe.■'.':'.■■ -■■-■■--■ einem rohrförmigen Kathodenteil mit einer elektro- Nachfolgend wird* die Erfindung an Hand eines

nenemittierenden Abschlußkappe am einen: Ende, Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeicheinem Heizer innerhalb des Kathodenteiles und 5 nungen noch näher beschrieben. Es zeigt einem das Kathodenteil umgebenden und es mittels Fig. 1 den Querschnitt einer Kathodenanordnung

Drähten haltenden Stützglied. für eine Wanderwellenröhre nach der Erfindung,

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe sei Fig.2 eine auseinandergezogene perspektivische

zunächst an Hand von Wanderwellenröhren als Bei- Ansicht eines Teiles der Kathodenanordnung nach spiel erläutert. Bei solchen Röhren wird die Wech- io Fig. I₃

selwirkung zwischen einem Elektronenstrahl und Fig. 3 eine auseinandergezogene perspektivische

einer sich in der Nähe-des Strahles ausbreitenden : Ansicht eines änderen Teiles der Kathodenanordelektromagnetischen Welle zur Verstärkung der nung nach F i g. 1,

Welle ausgenutzt: Zur Erzielung-einer hohen--Ver- Fig. 4 eine schematische Ansicht der Kathodenstärkung in einer WanderweHenröhre, deren ,Länge 15 anordnung, die das Verhalten der Anordnung unter innerhalb vernünftiger Grenzen bleiben soll, wird sich ändernden thermischen Bedingungen erläutert, ein Elektronenstrahl hoher Dichte verlangt. Dazu ist In Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine Kathödenan-

eine ausreichend große Elektronenemission der Ordnung 12 nach der Erfindung dargestellt. Die Kathode und damit ein hoher Leistungsaufwand im Schnittansicht reicht zwar aus, um die verschiedenen Heizkreis der Kathode erforderlich, weil die ge- ao Teile der Anordnung zu zeigen, gibt aber keine dreiwünschte feste Abstützung der Kathode zu einer dimensionale Ansicht. Daher wird in der folgenden verlustreichen Wärmeableitung führt. Bekannte Ver- Beschreibung der Fig. 1 auch auf die Fig.2 und 3 suche zur Verringerung der Wärmeableitung durch hingewiesen, um ein besseres Verständnis der Katho-Herabsetzung der Zahl und Größe der Wärmeab- denanordnung zu vermitteln.

leitwege hatten einen direkten Einfluß auf die Festig- 25 Die Kathodenanordnung 12 besteht aus einem keit und Starrheit der Kathodenabstüzung. Im Falle rohrförmigen Kathodenteil 31 aus Nickel oder einem von Wanderwellenröhren, die in ortsfesten Anlagen anderen Material, an dessen linkem Ende (Fig. 1) eingesetzt sindi bei denen im allgemeinen hohe Lei- erne Abschlußkappe 32, vorzugsweise durch Verstungen zur Verfügung stehen, ist ein Kompromiß schweißen, befestigt ist. Die Oberfläche 33 derKappe zwischen den Wärmeverlusten und der Starrheit der 30 32 ist mit einem elektronenemittierenden Material, Kathodenabstützung verhältnismäßig leicht zu er- wie Barium und Strontiumcarbonat beschichtet. Das reichen. Wenn aber die Röhren beispielsweise in Kathodenteil 31 weist- -an-jedem Ende-vergrößerte Flugzeugen, Nachrichtensatelliten oder Geschossen Abschnitte 34 auf, die durch Ausdrehen Schultern verwendet werden, "steht nur eine sehr begrenzte 36 an beiden Enden des Kathodenteils 31 bilden. Die Leistung zur Verfügung und außerdem muß die 35 Abschnitte 34 besitzen je eine Vielzahl von Quer-Kathode gegen sehr hohe Beschleunigungs- und nuten 37 (F i g. 2), und zwar je vier für das vorlie-Vibrationskräfte abgestützt werden. _gend_e Ausführungsbeispiel. Die Kappe 32 weist in

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine ähnlicher Weise vier Quernuten 38 auf, die so am Kathodenanordnung zu schaffen, bei der die Wärme- Umfang verteilt sind, daß sie sich mit den Querverluste möglichst klein sind und trotzdem eine 40 nuten 37 treffen, Wenn die Teile 31 und 32. zusamsichere Abstützung auch bei sehr großen Beschleuni- mengebaut sind. Innerhalb des Kathodenteiles 31 gungs-xmd Vibrationskräften vorhanden ist... ■ - .j_{st e}in Kern 39 aus Molybdän oder einem anderen Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung Material befestigt, der eine isolierende Beschichtung von einer Kathodenanordnung der eingangs genann- 41 aus Aluminiumoxyd und einen vergrößerten ten Art aus und ^empfiehlt, daß. die Haltenmg des 45 Flanschteil 42 besitzt, der sich gegen die Schulter 36 Kathodenteils an dem Stützglied mittels Drähten des Kathodenteiles 31 legt. Der Flansch 42 ist mit erfolgt, die in parallel zur Längsachse des Kathoden- dem Teil 31 verschweißt. Der Kern 39 wird von teils sich erstreckenden Ebenen (Längsebenen) um einem Heizer 43 in Form einer Doppelwendel aus das Stützglied und das Kathodenteil unter sehr hoher Wolfram oder einem anderen Material umgeben. Die elastischer Vorspannung schleifenartig so. herum- 50. Doppelwendel trägt eine isolierende Beschichtung gewickeltsind, daß sich wenigstens ein Teil dieser - aus Aluminiumoxyd. Eine Leitung 44 des Heizers Längsebenen schneidet und daß die Drähte im Be- 43 geht durch eine Öffnung 46 im Flansch 42 und reich des Stützgliedes, und zwar vorzugsweise in durch eine Öffnung 47.in einer Scheibe 48, deren V-förmigen Rinnen des. Stützgliedes, geführt sind Zweck im einzelnen später erklärt werden soll. Die und das Kathodenteil in dessen Endbereichen ent- 55 andere - Leitung 50 (F i g. 2) des Heizers 43 kann sprechend der jeweiligen Drahtschleifenlängsebene durch Schweißen am Kathodenteil 31 befestigt werhalternd durchsetzen (Kathodenaufhängung). den oder durch den Flansch 42 und die Scheibe 48

Es ergibt sich auf diese Weise eine zuverlässige in der gleichen Weise wie die Leitung 44 heraus- und auch extremen Belastungen gewachsene Lage- geführt werden. Am linken Ende (Fig. 1) des Kathorung des Kathodenteils. Die Wärmeableitung über 60 denteiles 31 ruht eine Platte 49 auf der Schulter 36 die Drähte ist sehr klein, so daß die Heizleistung und ist mit dem Kathodenteil 31 auf die gleiche wesentlich verringert ist. Außerdem können die Weise wie der Flansch 42 verschweißt. Des weiteren Drähte im Betrieb auftretende thermische Ausdeh- befindet sich eine Scheibe 51, deren Zweck im einnungen des Kathodenteils ohne bleibende Verfor- zelnen später erklärt werden soll, in der Ausdrehung mung auffangen, wenn ihre Spannung so gewählt 65 des vergrößerten Abschnittes 34. ist, daß die Elastizitätsgrenze des Materials, aus Eine Hülle 52 aus Molybdän oder einem anderen

dem die Drähte hergestellt sind, nicht überschritten Material umgibt das Kathodenteil 31 und die Abwird, schlußkappe32. Die Hülle besteht (Fig.3) aus

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einem Zylinder, in dessen eine Seite ein großer Drahtes 73 und des in der gleichen Weise durch die Schlitz 53 geschnitten ist, der sich bis hinter die Mit- entsprechenden Rinnen und Nuten gewickelten Drahtellinie des Zylinders erstreckt. Dadurch entsteht ein tes 74 zu erreichen, wird ein Molybdändraht 70 in erstes zylindrisches Teil 54, das die Teile 31 und 32 die rundum verlaufende V-förmige Rinne 69 des umgibt, und ein zweites zylindrisches Teil 56, durch 5 Stützgliedes 61 gewickelt, der die Drähte 73 und 74 das sich die Stromzuführungsleitungen erstrecken. leicht in die Rinne 69 hineindrückt und deren Zug-Das Teil 54 ist ausgedreht und bildet eine erste spannung auf den gewünschten Wert erhöht. Die Schulterfläche 57 (Fig. 1 und 3) und eine zweite Spannung der Drähte soll genügend weit unterhalb kleinere Schulterfläche 58. der Elastizitätsgrenze ihres Materials liegen, um eine

Innerhalb des Teiles 54 ruht ein Stützglied 61 an io thermische Ausdehnung und Zusammenziehung. des der Schulterfläche 57, das im einzelnen später, erklärt Drahtes ohne Verformung zu erlauben. Nachdem die werden soll. Das Stützglied 61 weist zwei einge- Drähte 73 und 74 gewickelt sind, werden die Scheischnittene Führungsnuten 62 auf (F i g. 3). Ein Be- ben 48 und 51 an ihrem Platz punktverschweißt, festigungsring 63 besitzt zwei Vorsprünge 64, die in wobei sich die Schweißpunkte zwischen den Drähten die Führungsnuten 62 passen. Der Führungsring 63 15 befinden. Die Drähte selbst werden dann in den wird mit Hilfe eines Kronenrings 66 aus Nickel ge- Rinnen 72 mit dem Stützglied 61 verlötet. Aus dem halten, der mit einer Vielzahl von umgebogenen Vorhergehenden und F i g. 3 ist zu ersehen, daß das Lappen 67 versehen ist, die in Quernuten 68 des Kathodenteil 31 mit der. daran befestigten Abschluß-Ringes 63 ruhen. Der Kronenring 66 stützt sich auf kappe 32 von einer Anordnung von Schleifen getrader Schulterfläche 58 der Hülle 52 ab und ist mit ihr ao gen wird, die durch die Drähte 73 und 74 gebildet durch Schweißen verbunden. werden. In F i g. 3 sind punktierte Linien angegeben,

Das Stützglied 61 (Fig. 3) besteht aus einem zylin- die die Lage der beiden Enden des Kathodenteils 31 drischen Molybdänteil, das eine rundum verlaufende mit Bezug auf die Drähte zeigen. Es besteht keine V-förmige Rinne 69 aufweist, die sich in der Mitte wirkliche physikalische Verbindung zwischen den zwischen den beiden Endflächen befindet. Jede End- 25 Drähten 73 und 74 und dem Kathodenteil 31, obfläche des Stützgliedes 61 weist neben den bereits er- wohl die Scheiben 48 und 51 nach der Punktverwähnten Führungsnuten 62 zwei Paare von sich schweißung die Drähte genügend zusammenpressen, diametral gegenüberliegenden V-förmigen Querrin- um sie starr an ihrem Platz zu halten, nen 71 auf. Der Winkel zwischen den beiden Paaren Im Bodenteil 56 der Hülle 52 (Fig. 1) sind drei

kann 90° betragen oder auch aus Gründen einfacher 30 metallische Zuführungsstifte 76, 77 und 78 befestigt. Herstellung einen anderen Wert haben. Er soll je- Der Stift 76 dient als Zuführung für die Heizleitung doch nicht zu klein sein. Von jeder Querrinne 71 44 und ist mit dieser über eine Leitung 79 verbungeht eine V-förmige Längsrinne 72 aus, die bis zur den. Einer der Stifte 77 oder 78 kann als Zuführung anderen Endfläche des Stützgliedes 61 verläuft und für die andere Heizleitung 50 benutzt werden. In jeweils die Querrinnen 71 an den beiden Endflächen 35 dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist jedoch, miteinander verbindet. wie oben ausgeführt, die andere Heizleitung einfach

Das Kathodenteil 31 wird innerhalb des Stütz- mit dem Kathodenteil verbunden, und die Stifte 77 gliedes 61 mit Hilfe dünner Drähte 73 und 74 gehal- und 78 sind mit Hilfe von Termopaar-Leitungen 81 ten, die aus einem Material mit kleiner Wärmeleit- und 82 ebenfalls an das Kathodenteil 31 angeschlosfähigkeit und großer Zugfestigkeit wie beispielsweise 40 sen. Während des Einbaus der Kathodenanordnung Nilvar bestehen. Der Draht 73 beispielsweise ist an 12 in die Wanderwellenröhre und nachdem die einem Ende mit dem Stützglied 61 verschweißt Röhre abgedichtet worden ist, gestatten die Thermo-(F i g. 1). Er verläuft dann durch eine der V-förmigen paar-Leitungen eine Überwachung der Kathoden-Längsrinnen 72 und durch die entsprechende V-for- temperatur, so daß die genaue Beziehung zwischen mige Querrinne71 in der Unken Endfläche (Fig.3) 45 dem Leistungsbedarf und der Kathodentemperatur des Stützgliedes 61. Danach geht er unter Zugspan- für jede einzelne Röhre leicht bestimmt werden nung durch eine der Quernuten 37 des Kathoden- kann. Zu einem anderen Zweck werden die Termoteils31, über die Oberseite der Platte 49, durch eine paar-Leitungen nicht verwendet, diametral gegenüberhegende Quernut 37, durch eine In Fig.4 sind das Kathodenteil 31, das Stützglied

V-förmige Querrinne 71 in der linken Endfläche des 50 61 und der Draht 73 zur Erläuterung einiger Be-Stützgliedes 61, die der Querrinne 71, durch die der triebsbeanspruchungen, denen die Elemente bei der Draht zuerst geführt worden ist, diametral gegen- Herstellung und im Betrieb unterliegen, dargestellt, überliegt, dann durch die entsprechende V-förmige Zu Anfang sind im ausgeschalteten Zustand das

Längsrinne 72, durch die zugeordnete V-förmige Kathodenteil 31, das Stützglied 61 und der Draht 73 Querrinne 71 in der anderen Endfläche des Stütz- 55 relativ zueinander so angeordnet, wie es die ausgliedes 61, durch die Querhut 37 im Teil 31, über gezogenen Linien darstellen. Während des Verlötens die Grundfläche des Flansches 42, durch eine dia- und Ausheizens nehmen wegen der unterschiedlichen metral gegenüberliegende Quernut 37 und durch eine thermischen Ausdehnung die Teile 31 und 61 und V-förmige Querrinne 71 in der rechten Endfläche der Draht 73 eine Lage ein, die durch die strichdes Stützgliedes 61. Dann folgt der Draht 73 seinem 60 punktierten Linien angegeben ist. Der Draht 73 verbisherigen Verlauf: Längsrinne 72, Querrinne 71 in läuft dann längs des Weges A', B', C, D', E', F', G' der linken Endfläche des Stützgliedes 61, Quernuten und H'. Andererseits dehnt sich während des Betrie-37, Querrinne 71, Längsrinne 72 und Querrinne 71. bes, d. h., wenn die Kathode allein aufgeheizt wird, Anschließend ist er mit der rechten Endfläche des das Stützglied 61 nicht aus, und der Draht 73 ver-Stützgliedes 61 verschweißt. 65 läuft entlang des Weges A, B', C, D, E, F', G, H.

Aus dem Vorhergehenden ergibt sich, daß der so Es wurde gefunden, daß bei richtiger Materialwahl, gewickelte Draht 73 eine Schleife mit IV2 Windun- nämlich Molybdän für das Stützglied 61, Nickel für gen bildet. Um die günstigste Zugspannung des das Kathodenteil 31 und Nilvar oder Invar für die

Drähte 73 und 74, und wenn der Winkel ABF zu 90° gewählt wird, die Drähte während des Verlötens, Ausheizens und im Betrieb nur einer Zug- und Druckbeanspruchung ausgesetzt sind. Weiterhin ist aus Fig. 4 zu ersehen, daß die Drahtlänge von A nach B, von A' nach B' und von A nach B' im wesentlichen die gleiche ist, so daß keine Deformation des Drahtes stattfindet.

Aus dem Vorhergehenden ergibt sich, daß die Kathodenanordnung nach der Erfindung die ge- ίο steckten Ziele erreicht. Die Nilvar-Drähte bieten auf Grund ihrer niedrigen Wärmeleitfähigkeit dem Wärmeübergang einen sehr hohen Widerstand. Die Hauptwärmeverluste der Kathode treten durch Abstrahlung auf, während bei herkömmlichen Kathoden die Wärmeableitung wenigstens 80% der gesamten Wärmeverluste beträgt. Als Folge davon ist der Leistungsbedarf der Kathode nach der Erfindung sehr klein. Bei einem Ausführungsbeispiel reicht eine Leistung von 1 Watt aus, um die Kathode auf ihre ao Betriebtemperatur von weit über 700° C aufzuheizen. Vergleichbare Kathodenanordnungen für Wanderwellenröhren benötigen dagegen zwischen 5 und 10 Watt zur Aufheizung der Kathode auf ihre Be-, triebstemperatur. as

Die Festigkeit der Kathodenanordnung übertrifft die Festigkeit der meisten bekannten Kathodenanordnungen. Prüfungen haben ergeben, daß die Kathodenanordnung nach der Erfindung Beschleunigungskräften größer als 40 G bei Frequenzen zwisehen 50 Hz und 3000 Hz widerstehen kann.

Da die Abschlußkappe 32 an einer Seite des Kathodenteiles 31 befestigt und kein Ausgleichgewicht auf der anderen Seite angeordnet ist, ist der Schwerpunkt in Richtung auf die Emissionsseite verschoben. Normalerweise würde dies zu einer größeren Empfindlichkeit gegen Vibrationen führen, als wenn sich der Schwerpunkt genau im Mittelpunkt der Anordnung befindet. Da aber die Drähte 73 und 74 zweimal über das linke Ende (F i g. 1) des Kathotenteiles 31 laufen, ergeben sich acht Stützpfeiler für dieses Ende und damit eine größere Starrheit, so daß Vibrationsauswirkungen auf ein Minimum herabgesetzt werden.

Der Kern 39 und seine isolierende Beschichtung 41 besitzen einen solchen Durchmesser, daß die Heizwendel 43 sich dichter am Kern als an der Innenwand des Kathodenteiles. 31 befindet. Wenn der Heizer im Betrieb vibriert, kann er sich daher nicht so weit bewegen, daß er die Wände des Kathodenteiles 31 berührt.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Kathodenanordnung,, insbesondere für Lauf- - "zeitröhren, bestehend aus einem rohrförmigen Kathodenteil mit einer elektronenemittierenden Abschlußkappe am einen Ende, einem Heizer innerhalb des Kathodenteiles und einem das Kathodenteil umgebenden und es mittels Drähten halternden Stützglied, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung des Kathodenteils (31) an dem Stützglied (61) mittels Drähten (73, 74) erfolgt, die in parallel zur Längsachse des Kathodenteils (31) sich erstreckenden Ebenen (Längsebenen) um das Stützglied (61) und das Kathodenteil (31) unter sehr hoher elastischer Vorspannung schleifenartig so herumgewickelt sind, daß sich wenigstens ein Teil dieser Längsebenen schneidet, und daß die Drähte (73, 74) im Bereich des Stützgliedes (61), und zwar vorzugsweise in V-förmigen Rinnen (71, 72) des Stützgliedes (61) geführt sind und das Kathodenteil (31) in dessen Endbereichen entsprechend der jeweiligen Drahtschleifenlängsebene halternd durchsetzen (Kathodenaufhängung).

2. Kathodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützglied (61) ringförmig ausgebildet ist und das Kathodenteil

(31) mit Abstand koaxial umgibt und daß die V-förmigen Rinnen (71, 72) sowohl längs der Mantelfläche als auch an den Stirnflächen des Stützgliedes (61) vorgesehen sind.

3. Kathodenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kathodenteil (31) an seinen Enden (34) mit Quernuten (37) versehen ist, deren Zahl der Zahl der V-förmigen Rinnen (71, 72) des Stützgliedes (61) entspricht, und daß die Drähte (73, 74) durch die Quernuten (37) hindurchgeführt sind.

4. Kathodenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronenemittierende Abschlußkappe (32) an ihrem dem Kathodenteil (31) benachbarten Ende ebenfalls mit Quernuten (38) versehen ist, die mit den Quernuten (37) im benachbarten Ende (34) des Kathodenteils (31), das von der Abschlußkappe

(32) überlappend umschlossen wird, fluchten und mit diesen Durchgangsöffnungen für die Drähte (73,74) bilden.

5. Kathodenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel, den diejenigen Abschnitte der Drähte (73, 74), die sich zwischen dem Kathodenteil (31) und dem Stützglied (61) erstrecken, mit der Längsachse des Kathodenteils, (31) bilden, so gewählt ist, daß die Drähte (73,74) im wesentlichen nur Zug- und Druckbeanspruchungen ausgesetzt sind.

6. Kathodenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte (73, 74) aus einem Material mit verhältnismäßig niedriger Wärmeleitfähigkeit und verhältnismäßig hoher Zugfestigkeit bestehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen