DE1489959C3 - Elektronenröhre mit einem keramischen Abstandsteil zwischen Gitter und Anode - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektronenröhre mit einer Anode mit einer ebenen Oberfläche, mit einem ebenen Gitter und mit einem keramischen Abstandsteil zur Isolierung des Gitters von der Anode.

Bei bekannten Elektronenröhren der eingangs genannten Art (US-PS 27 22 624 und 28 59 372) besteht die Schwierigkeit, daß bei deren Betrieb Wärmeausdehnungen der Elektroden und Befestigungsteile auftreten können, wodurch die Ausgangskapazität durch Annäherung der Anode an das Gitter verringert wird, wodurch eine Verstimmung oder andere nachteilige Effekte bei deren Verwendung in HF-Schaltungen auftreten können. Eine Kompensation dieser Wärmeausdehnung durch geeignete. Auswahl der Ausdehnungskoeffizienten der betreffenden Materialien ist dabei nicht möglich, weil das keramische Abstandsteil mit einem Stützglied abdichtend verschmolzen ist, so daß diese miteinander verbundenen Teile praktisch den gleichen Ausdehnungskoeffizienten besitzen müssen, und eine Anpassung an einen geeigneten Ausdehnungskoeffizienten des Anodenmaterials praktisch nicht möglich ist.

Es ist ferner bereits eine Scheibenröhre bekannt (vgl. DT-AS N 5001 VIII a/2 Ig), bei der die scheibenförmige Kathode gegen ein ringförmiges Distanzstück gedrückt ist, das seinerseits an einem Isolierkörper befestigt ist, dessen anderes Ende an der Anode anliegt. Beim Erwärmen der Kathode wird zunächst nur der Isolierkörper durch Wärmeleitung erwärmt und dessen Ausdehnung vergrößert den Abstand der Kathode von der Anode. Mit zunehmender Kathodentemperatur nimmt jedoch auch die vom Isolierkörper ausgehende Wärmestrahlung zur Anode zu, so daß der dem Isolierkörper gegenüberliegende Endteil der Anode erhitzt wird. Die Ausdehung dieses Endteils führt aber zu einer Verkleinerung des Kathoden-Anoden-Abstands, so daß durch vorteilhafte Bemessung des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Endteils und des Isolierkörpers eine gewisse Kompensation der Änderung des Kathoden-Anoden-Abstands erreicht werden kann. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß diese Kompensation bei hohen Temperaturen, wie sie in Hochleistungsröhren auftreten, noch nicht ausreicht.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Elektronenröhre der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß eine Kompensation der Wärmeausdehnung der Elektroden und deren Befestigungsteile auch bei verhältnismäßig hohen Temperaturen so weitgehend erfolgt, daß die Ausgangskapazität durch derartige Temperaturänderungen praktisch nicht geändert wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Elektronenröhre der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch das dünne Zwischenstück wird wegen seines schlanken Verlaufs vorteilhafterweise ein großer Temperaturabfall zwischen der Anode und dem keramischen Abstandsteil erzielt, so daß der Übergang vom Zwischenstück zum Abstandsteil einer relativ niedrigen Temperatur ausgesetzt ist, was wegen der damit verbundenen Verringerung der mechanischen Spannungen die Abdichtung an dieser Stelle bedeutend erleichtert. Das ist besonders für Hochleistungsröhren wichtig, bei denen die Anode auf eine hohe Temperatur erhitzt wird. Dieser Vorteil kann noch vergrößert werden, indem das Zwischenstück aus einem Werkstoff mit niedrigerer Wärmeleitfähigkeit als die Anode besteht. Da das Zwischenstück ferner einen größeren Ausdehnungskoeffizienten als die Anode hat, kann es vorteilhafterweise kürzer als die Anode ausgebildet werden und weist trotzdem die gleiche, jedoch entgegengesetzte Wärmeausdehnung wie die Anode auf. Durch das Zwischenstück kann schließlich die eingangs erwähnte, auch bei der bekannten Scheibenröhre vorhandene keramische Anodenhalterung wegfallen, die einer besseren Konstanz des Abstands der Anode von den übrigen Elektroden entgegensteht. Zweckmäßigerweise besteht das Zwischenstück aus Titan, Zirkonium, Tantal oder Niobium, während die Anode aus Molybdän oder Wolfram besteht.

An Hand der Zeichnung sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt Fig. 1 einen teilweisen Querschnitt durch eine bekannte Röhre,

F i g. 2 einen teilweisen Querschnitt durch eine Röhre gemäß der Erfindung, bei der die Ausdehnung der Anode kompensiert wird, und

F i g. 3 einen teilweisen Querschnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel einer Röhre gemäß der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 weist eine Röhre eine relativ massive zylindrische Anode 1 mit einer ebenen Elektrodenfläche 2 gegenüber einer Gitterelektrode 3 auf, die vom Gitterhalterungsring 4 getragen wird. Ein Anodenhalterungsring 5 hat einen Anodenanschluß und weist einen herabhängenden ringförmigen Flanschö auf, der ringsherum unter einer Schulter 7 der Anode daran befestigt ist. Der Anodenhalterungsring 5 ist vom Gitterring mittels eines zylindrischen keramischen Kolbenabstandsringes 8, der z. B. aus Forsterit bestehen kann, getrennt und isoliert.
Der herabhängende Flansch 6 des Anodenhalte-

rungsringes 5 hat einen schmalen Querschnitt und an ihm tritt ein beträchtlicher Temperaturabfall zwischen der Anode und deren Halterungsring 5 auf, so daß der Halterungsring 5 keine besonders hohen Temperaturen an der Stelle aufweist, wo er mit dem keramischen Zylinder 8 verbunden ist. Der herabhängende Flansch 6 ist auch lang genug, um die Übertragung von mechanischen Spannungen von der Anode zum Anodenring zu verhindern, so daß die Dichtung zwischen dem Ring und dem keramischen Abstandsring aufrechterhalten wird. Außerdem besteht der Anodenhalterungsring 5 einschließlich des Flansches 6 gewöhnlich aus einem Material, das einen Ausdehnungskoeffizienten ähnlich dem des keramischen Zylinders 8 hat, um so eine Beschädigung der dazwischen bestehenden Verbindung zu verhindern. Leider dehnen sich bei hohen Temperaturen sowohl me Anoae 1 als auch der Flansch 6 aus, so daß die Fläche 2 der Anode 1 näher zum Gitter 3 gebracht und die Kapazität dazwischen erhöht wird. Gemäß der Erfindung wird die Verziehung der Anode zum Gitter im wesentlichen durch den in den F i g. 2 und 3 dargestellten Aufbau verhindert.

In Fig. 2, wo die entsprechenden Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, weist ein Anodenhalterungsring 5 einen dünnen, sich nach oben erstreckenden zylindrischen Abschnitt 9 auf, der die Anode 1 an ihrem Außenrand unter ihrer unmittelbar angrenzenden Schulter 10 trägt und daran befestigt ist. Der Abschnitt 9 ist dünn genug, um einen maximalen Temperaturabfall zwischen der Schulter 10 der Anode 1 und der Stelle des Halterungsringes 5 an der er am Keramikzylinder 8 befestigt ist, zu gewährleisten, wobei die Länge des Abschnittes 9 nicht belanglos ist. Da sich jedoch der Abschnitt 9 axial zur Einrichtung nach oben erstreckt, ist seine Ausdehnung entgegengesetzt zu der von der Anode 1, und eine gewünschte Kompensation kann in Abhängigkeit vom Material des Abschnitts 9 und der Länge sowie des Abschnitts 9 in Richtung entlang der Achse der Entladungseinrichtung erreicht werden. Der dünne Abschnitt 9 befindet sich zusammen mit einem Teil der Anode in der Nähe der Schulter 10, so daß der Temperaturabf all im Abschnitt 9 innerhalb dieses Bereichs auftritt, so daß ein ausgedehnter Bereich des Halterungsringes auf einer nicht zu hohen Tempratur bleibt und die Ausdehnung der Anode 1 nach unten überkompensiert. Dadurch kann trotz eines beträchtlichen Ansteigens der Anodentemperatur die Anodenoberfläche in einer relativ stationären Lage gegenüber dem Gitter 3 und damit auch die Gitter-Anoden-Kapazität im wesentlichen konstant gehalten werden.

Der Anodenhalterungsring 5 weist einen kompensierenden Abschnitt 9 aus einem hitzebeständigen Material auf, das eine kleinere Wärmeleitfähigkeit als die Anode hat, wodurch der beträchtliche Temperaturabfall entlang des dünnen Abschnitts 9 zwischen der Anode und der Stelle des Anodenhalterungsrings 5, an der er am Keramikzylinder 8 befestigt ist, vergrößert wird. Der Ring 5 sollte auch einen Ausdehnungskoeffizienten haben, der vergleichbar mit dem des keramischen Materials ist. Titan ist dafür ein vorzügliches Material, Zirkon, Tantal und Niobium sind ebenfalls geeignet.

Die Anode 1 wird wünschenswerterweise mit einem relativ dünnen zylindrischen Abschnitt 11 zwischen dem Hauptteil der Anode 1 und der Schulter 10 versehen, so daß die Schulter 10 im wesentlichen hinter der ebenen Fläche 2 der Anode 1 ist. Beim abgebildeten Ausführungsbeispiel besteht die Anode 1 aus hitzebeständigen Materialien wie Molybdän oder Wolfram, die ziemlich gut die Wärme leiten, dadurch die Anode auf einer relativ gleichmäßigen Tempera^ tür halten und die Wärmeableitung zu einem Abstrahler 12 oder einem anderen nach außen führenden Teil für die Wärmeableitung unterstützen. Der Abstrahler 12 wird dann näher zur Anodenoberfläche gebracht, um die Anodendissipation zu erhöhen. Das Anodenmaterial hat einen kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als der Anodenhalterungsring 5, so daß die Kompensation leichter erreicht werden kann.

Wegen seiner relativ höheren linearen Ausdehnung nach oben kann der dünne Abschnitt 9 die Ausdehnung der Anode sogar dann völlig kompensieren, wenn die Anode auf einer höheren Temperatur ist und insgesamt eine größere vertikale Ausdehnung hat. Der Keramikzylinder 8 dehnt sich auch etwas nach oben aus, wodurch die Ausdehnung des dünnen Abschnitts 9 etwas vergrößert wird. Die folgende Tabelle gibt Beispiele von Abmessungen an, die benutzt werden können, um die Kompensation zu erreichen. Bei jedem dieser Beispiele ist z. B. bei exakter Kompensation der dünne Abschnitt 9 des Halterungsrings 5 dünn genug, um zu erlauben, daß der Keramikzylinder 8 bei ungefähr 33 % der Anodentemperatur arbeitet, falls die Anode aus Molybdän ist, und bei ungefähr 20% der Anodentemperatur, falls die Anode aus Wolfram ist.

Länge Linearer Durch- Ausdeh-

Ausdeh- Schnitts- nung relativ

nungs- tempe- Gitter

koeffizient ratur

(cm) (⁰C) (cm)

Molybdän- 1,25
Anode

Titan-Halte- 0,6
rungsring

Keramik- 0,6
zylinder

Wolfram- 1,25
Anode

Titan-Halte- 0,6
rungsring

Keramik- 0,6
zylinder

0,000005 500 +0,0031

0,00001 333 -0,0021

0,00001 167 -0,0011

0,000004 500 +0,0025

0,00001 300 -0,0019

0,00001 100 -0,0006

In vielen Fällen braucht die lineare Kompensation nicht exakt zu sein, aber die Ausdehnung der Anode nach unten kann vorteilhafterweise durch die entgegengesetzte Ausdehnung des dünnen Abschnitts 9 nach oben in nahezu jedem gewünschten Grad in Abhängigkeit von den jeweiligen Elektrodenlängen und ihrer Temperaturverteilung kompensiert werden.

F i g. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sowohl einen Anodenhalterungsring als auch ein Anodenverlängerungsstück und eine Anodenschulter einschließt, die sämtlich aus relativ gleichmäßig dünnen Metallen bestehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat der Halterungsring 13 einen

L-förmigen Querschnitt und ein unteres Teil, das auf dem Keramikzylinder 8 ruht und an ihm befestigt ist, sowie einen sich nach oben erstreckenden Abschnitt, der die Schulter 14 des Anodenverlängerungsstücks 15 trägt. Das Anodenverlängerungsstück 15, das bei Wunsch die Anode selbst bilden kann, wird wieder aus einem Material mit einem kleinen Ausdehnungskoeffizienten und hoher Leitfähigkeit hergestellt, während der ringförmige Halterungsring 13 ein Material mit größerer Ausdehnung ist, das aber schlechter Wärme leitet. Der Halterungsring 13 hat einen ziemlich dünnen Querschnitt, um einen maximalen Temperaturabfall zu erzeugen. Der sich nach oben erstreckende Teil kompensiert die Ausdehnung nach unten der Anode 1 einschließlich des Verlängerungsstücks 15, so daß die Anodenoberfläche stationär bleiben kann, wenn sich die Betriebstemperatur der Entladungseinrichtung ändert. Da der größte Temperaturabfall am sich nach oben erstreckenden Teil des Halterungsrings 13 auftritt, findet die meiste kompensierende Ausdehnung an diesem Teil des Halterungsrings 13 statt.

Die Anode kann aus Materialien, wie bereits angegeben, mit hoher Wärmeleitfähigkeit bestehen, um die Dissipation und Ableitung der Wärme zum Abstrahler zu unterstützen, während die Anodenhalterung einen dünnen Abschnitt aus Material mit geringerer Leitfähigkeit, z. B. Titan, aufweist, um die Anode mit der hohen Temperatur vom keramischen Kolbenteil zu trennen, das wünschenswerterweise bei einer viel niedrigeren Temperatur arbeitet. Dieser Aufbau ist in den F i g. 2 und 3 und auch in F i g. 1 abgebildet. Daher kann die Anode bei einer hohen Temperatur betrieben werden, ohne daß die Keramik oder die Bindung zwischen dem Metallhalterungsring und der Keramik zerbrochen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

P atentansprüche:

1. Elektronenröhre mit einer Anode mit einer ebenen Oberfläche, mit einem ebenen Gitter und mit einem keramischen Abstandsteil zur Isolierung des Gitters von der Anode, gekennzeichnet durch ein dünnes Zwischenstück (9,13), das sich zwischen dem keramischen Abstandsteil (8) und der nach außen geführten Schulter (10,14) der Anode (1) befindet, das — in axialer . Richtung der Elektronenröhre vom Gitter (3) zur Anode gesehen — hinter der ebenen Oberfläche (2) der Anode mit der nach außen geführten Schulter der Anode verbunden ist und das einen größeren Ausdehnungskoeffizienten als das Anodenmaterial hat.

2. Elektronenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (9, 13) eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit als die Anode (1) hat.

3. Elektronenröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (9, 13) aus Titan, Zirkonium, Tantal oder Niobium besteht und daß die Anode (1) aus Molybdän oder Wolfram besteht.