DE1539993C - Hochfrequenz-Entladungseinrichtung mit einer Keramikhülle und einer in einer Bohrung der Keramikhülle befestigten zusammengesetzten Anode - Google Patents

Description

50

Die Erfindung betrifft eine elektronische Hochfrequenz-Entladungseinrichtung mit einer Keramikhülle und einer in einer Bohrung der Keramikhülle befestigten zusammengesetzten Anode, die aus einem Anodenmantel und einem Anodenkern besteht, wobei der Anodenmantel mit der Wandung der Bohrung und der Anodenkern mit dem Anodenmantel innerhalb der Keramikhülle in der Nähe der aktiven Oberfläche des Anodenkerns mit diesem verschmolzen ist.

Bei höheren Betriebsfrequenzen werden die Abmessungen elektronischer Entladungseinrichtungen und der damit verbundenen elektronischen Schaltungen kleiner. Um mit den kleineren Einrichtungen bei den höheren Frequenzen die erforderliche Ausgangsleistung zu erreichen, ist es notwendig, die Stromdichte der Einrichtungen zu erhöhen und ihren Wirkungsgrad zu optimalisieren. Bei kleineren Abmessungen der Einrichtungen und höheren Stromdichten ergeben sich aber Schwierigkeiten bei der Ableitung der bei ihrem Betrieb erzeugten Wärme.

In der britischen Patentschrift 758 234 ist eine "Entladungseinrichtung der vorbeschriebenen Art angegeben, bei der die an der aktiven Oberfläche des Anodenkerns entstehende Wärme im Anodenkern nach außen geleitet und dort von einer Kühleinrichtung abgeführt wird. Nur ein sehr geringer Teil der entstehenden Wärme gelangt über den hülsenförmi-. gen Anodenmantel an den Keramikmantel, so daß dieser nur in geringem Maße an der Wärmeabfuhr beteiligt ist.

Weiterhin ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 074 100 eine Hochfrequenz-Entladungseinrichtung der eingangs genannten Art bekannt, bei der die Anode mit einer Scheibe aus aktivem Material versehen ist und von einem nach innen vorstehenden Flansch an der Keramikhülle aus einem Isoliermaterial mit einer Titanhülse an deren oberen Ende gehaltert ist, die mit der Scheibe aus aktivem Material verbunden ist. Das obere Ende der Hülse ist mit dem Anschluß der Einrichtung über eine leitende Schicht verbunden und elektrisch angeschlossen. Auch bei dieser Einrichtung wird nur ein geringer Teil der entstehenden Wärme über den hülsenförmigen Anodenmantel an den Keramikmantel abgeleitet. Demgegenüber kommt es jedoch bei derartigen Hochfrequenz-Entladungseinrichtungen auf eine möglichst schnelle und gute Wärmeabgabe an, insbesondere während der mit zunehmender Wärme ansteigenden Eigenkapazität, und um die Stromdichte möglichst hochtreiben zu können. ».

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Hochfrequenz-Entladungseinrichtung zu schaffen, bei der die Wärmeabfuhr möglichst weitgehend erhöht ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Hochfrequenz-Entladungseinrichtung der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß der beiderseits der Bohrungswandung überstehende Anodenmantel an einer Stelle zwischen seinen beiden Enden mit dieser Wandung verschmolzen ist.

Bei dieser Entladungsvorrichtung wird die an der aktiven Oberfläche des Anodenkerns entstehende Wärme sowohl über den Kern als auch über den Mantel nach außen abgeführt. Da der Anodenmantel durch die Bohrung des Keramikmantels hindurchgeht, kann nicht nur am Anodenkern, sondern auch am Anodenmantel eine Einrichtung zur Wärmeabfuhr angebracht werden. Dadurch wird die mögliche Wärmeabfuhr sehr stark erhöht. Eine Erhöhung ergibt sich auch noch dadurch, daß von dem an die Bohrungswandung des Keramikmantels angeschmolzenen Anodenmantel Wärme direkt auf den Keramikmantel übergeht, so daß auch dieser wirkungsvoll zur Wärmeabgabe herangezogen wird und der Hochfrequenzstrom gut weitergeleitet wird.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Anodenmantel an seinen beiden Enden mit nach innen gerichteten Flanschen versehen, die mit dem Anodenkern verschmolzen sind. Der Anodenkern kann auch in Höhe der Enden des Anodenmantels mit ringförmigen Verdickungen versehen sein, mit denen dann der Anodenmantel verschmolzen ist. Weiterhin kann der Anodenmantel an dem aus dem Keramikmantel herausragenden Ende ein

Innengewinde aufweisen, und der Anodenkein in dises Gewinde eingeschraubt sein.

Schließlich kann bei einer Weiterbildung der Erfindung der Keramikmantel aus Forsterit-Keramik und der Anodenmantel aus einem Material bestehen, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient mit dem des Keramikmaterials im wesentlichen übereinstimmt; der Anodenkern kann dann aus Molybdän bestehen.

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer bekannten elektronischen Entladungseinrichtung,

F i g. 2 einen Schnitt durch einen Teil eines Ausführungsbeispiels einer Entladungseinrichtung gemäß der Erfindung und die

Fig. 3, 4 und 5 jeweils einen Schnitt durch den wesentlichen Teil der Anode anderer Ausführungsbeispiele einer elektronischen Entladungseinrichtung gemäß der Erfindung.

Bei der in F i g. 1 abgebildeten bekannten Entladungseinrichtung besteht der Kolben 10 aus im allgemeinen kreis- oder ringförmigen Metall- und Isolationsteilen, die abwechselnd angeordnet und miteinander verbunden sind, um einen evakuierten, vakuumdichten Kolben zu ergeben. Die Einrichtung 10 weist eine zusammengesetzte, im allgemeinen zylindrische Anode 12 auf, ferner einen ringförmigen Gitteranschluß 14, der mit einem Gitter 15 verbunden ist, einen ringförmigen Kathodenanschluß 16, der in einer üblichen Weise mit einer Kathode 17 verbunden ^-ist, und Heizerstifte 18 als die leitenden Teile des Kolbens. Der Kolben der Einrichtung hat ferner einen ringförmigen, isolierenden Keramikabstandsring 20, der zwischen dem Gitteranschluß 14 und dem Kathodenanschluß 16 liegt und damit verschmolzen ist. Die Enden des Kolbens sind im wesentlichen durch die Keramikhülle 24 verschlossen. Die Heizerstifte 18 verlaufen eingeschmolzen durch das Verschlußventil 22, um Zuleitungen zum (nicht gezeigten) Kathodenheizer in einer üblichen Weise zu ergeben. Die Keramikhülle 24 weist eine axial verlaufende Bohrung 26 mit einer vakuumdichten Verschmelzung 28 auf, die zwischen der Fläche der Bohrung 26 und einem Teil der Außenfläche der zusammengesetzten Anode 12 ausgebildet ist. Zur Erläuterung ist die Verschmelzung 28 als ziemlich dicke Materialschicht abgebildet, aber es ist ersichtlich, daß eine derartige Schicht in einer praktisch gebauten Einrichtung nur bei sehr hoher Vergrößerung zu sehen ist.

Die zusammengesetzte Anode 12 weist einen Kern 30 aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit auf, der im wesentlichen von einem Mantel 32 aus einem Material umgeben ist, das im wesentlichen den gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie die Keramikhülle 24 hat. Der Kern 30 ist mit einem nach außen gerichteten Flansch 34 versehen, dessen untere Seite die aktive Anodenfläche 36 der elektronischen Entladungseinrichtung bildet. Die Anodenfläche 36 befindet sich eng benachbart und parallel zum Gitter 15 und zur Fläche der Kathode 17. Eine vakuumdichte Verschmelzung 38 ist zwischen der unteren Endfläche des Mantels 32 und der oberen Fläche des Flansches 34 vorhanden.

Die Keramikteile können aus einem Forsterit-Keramikmaterial und der Anodenkern 30 kann vorzugsweise aus Molybdän bestehen; Molybdän ist ein typischer Vertreter der schwer schmelzbaren Metalle, die verwendet werden können und eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit haben. Es war nicht möglich, eine zuverlässige vakuumdichte Verschmelzung direkt zwischen dem Anodenkern aus Molybdän und der Keramikhülle 24 zu erreichen, da die Ausdehnungskoeffizienten der beiden Materialien sehr unterschiedlich sind. Daher besteht der Mantel 32 vorzugsweise aus Titan, das im wesentlichen den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das Keramikmaterial hat. Um die Gitter-Anoden-Kapazität der Entladungseinrichtung relativ niedrig zu halten, ist ein Teil der Außenfläche des Mantels 32 aus Titan mit der Fläche der Bohrung 26 wie bei 38 verschmolzen. Die Verschmelzung kann durch Einsetzen eines verbindenden Zwischenstücks aus Kupfer oder Nickel zwischen den die koaxiale Verschmelzung 28 bildenden Teilen hergestellt werden. Um die verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten des Materials des Kerns 30 und des Materials des Mantels 32 zu kompensieren, ist die vakuumdichte Verschmelzung 38 zwischen Teilen des Anodenkerns und des Anodenmantels ausgebildet, die axial von dem Teil des Mantels getrennt sind, der mit der Keramikhülle 24 verschmolzen ist, und ein Zwischenraum 40 ist zwischen der Außenfläche des Anoden-: kerns 30 und der Innenfläche des Anodenmantels 32 im Bereich der koaxialen Verschmelzung 28 vorhanden, so daß Spannungen dazwischen vermieden werden. Es ist ersichtlich, daß der Zwischenraum 40 sehr klein, zum Beispiel größenordnungsgemäß 2,5 X ΙΟ"³ mm (0,1 mil), sein kann. Wichtig ist, daß der Anodenkern mit dem" Anodenmantel im Bereich der koaxialen Verschmelzung 28 nicht verschmolzen werden darf. Wenn die Anode nur an der Verschmelzung 28 befestigt ist, ist der Zwischenraum zwischen Anode und Gitter im wesentlichen unabhängig von Temperaturschwankungen konstant.

In dem in Fig. 2 abgebildeten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung kann der Hochfrequenzan-.schluß der Anode 12 über den Teil des Kerns 30 vorgenommen werden, der sich von der Entladungseinrichtung nach außen erstreckt, so daß ein etwas größerer Weg für die Ströme entsteht, oder der Hochfrequenzanschluß kann direkt an der freiliegenden Fläche des Anodenmantels 32 vorgenommen werden. Daher ist hier ein ringförmiger Anodenmantel 42 vorhanden, der sich axial* über die Keramikhülle 24 hinaus erstreckt und damit die Ausbildung des Hochfrequenzanschlusses am Mantel bedeutend erleichtert. Bei diesem Ausführungsbeispiel verläuft ein zylindrischer Anodenkern 44 axial zum Mantel 42 und ist mit diesem durch eine Verschmelzung 46 vakuumdicht'verbunden, die axial von der Verschmelzung 28 zwischen der Keramikhülle 24 und dem Mantel 42 getrennt ist. Es ist ersichtlich, daß bei diesem Ausführungsbeispiel die hochfrequenten Ströme direkt entlang der glatten Außenfläche des Mantels 42 fließen, wodurch jegliche elektrische Unterbrechung vermieden wird, die eine zusätzliche Reaktanz und Verluste im Kreis hervorrufen könnte. Ein Zwischenraum 48 ist zwischem dem Anodenkern 44 und dem Anodenmantel 42 vorhanden, um mechanische Spannungen dazwischen zu vermeiden.

Im in F i g. 3 abgebildeten Ausführungsbeispiel ist die Keramikhülle 24 durch eine vakuumdichte Ver-

Schmelzung 28 mit einem Mantel SO verbunden. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat der Anodenmantel 50 an seinem Umfang zwei nach innen gerichtete Flansche 52 und eine vakuumdichte Verschmelzung 54, die zwischen diesen Flanschen und dem Anoden- S kern 56 an axial getrennten Stellen sowohl oberhalb als auch unterhalb der Verschmelzung 28 ausgebildet ist, wobei durch den Zwischenraum 58 mechanische Spannungen dazwischen vermieden werden.

In dem in Fig.4 abgebildeten Ausführungsbeispiel ist die Keramikhülle 24 durch die vakuum- · dichte Verschmelzung 28 mit einem rohrförmigen Mantel 60 verbunden. Der Anodenkern 62 hat im allgemeinen einen I-Querschnitt, der einen Zwischenraum64 zwischen der Innenfläche des Anodenmantels 60 und dem Kern 62 im Bereich der vakuumdichten Verschmelzung 28 erzeugt. Der Kern 62 ist mit dem Mantel 60 durch vakuumdichte Verschmelzungen 66 verbunden, die sowohl oberhalb als auch unterhalb der Verschmelzung 28 davon getrennt vorhanden sind.

Im in F i g. 5 abgebildeten Ausführungsbeispiel ist die Keramikhülle 24 durch eine vakuumdichte Verschmelzung 28 mit einem Anodenmantel 68 verbunden. Der Anodenmantel 68 weist an seinem Umfang einen nach innen gerichteten Flansch 70 auf, der innen mit einem Gewinde versehen ist. Ein Kern 72 ist mit einem nach außen gerichteten Flansch 74 versehen, dessen untere Fläche die aktive Anodenfläche bildet. Am oberen Ende des Anodenkerns 72 ist ein mit Gewinde versehener Teil 76 vorhanden, der mechanisch mit dem Innengewinde des Flansches verbunden ist. Der untere Teil des Anodenmantels 68 ist mit dem Kern 72 durch eine Verschmelzung 78 vakuumdicht verbunden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Hochfrequenz-Entladungseinrichtung mit einer Keramikhülle und einer in einer Bohrung der Keramikhülle befestigten zusammengesetzten Anode, die aus einem Anodenmantel und einem Anodenkern besteht, wobei der Anodenmantel mit der Wandung der Bohrung und der Anodenkern mit dem Anodenmantel innerhalb der Keramikhülle in der Nähe der aktiven Oberfläche des Anodenkerns mit diesem verschmolzen ist, d a durch gekennzeichnet, daß der beiderseits der Bohrungswandung überstehende Anodenmantel (42, 50, 60, 68), an einer Stelle (26) zwischen seinen beiden Enden mit dieser Wandung verschmolzen ist.

2. Hochfrequenz-Entladungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenmantel (50) an seinen beiden Enden mit nach innen gerichteten Flanschen (52) versehen ist, die mit dem Anodenkern (56) verschmolzen sind (Fig. 3).

3. Hochfrequenz-Entladungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch . gekennzeichnet, daß der Anodenkern (62) in Höhe der Enden des Anodenmantels (60) mit ringförmigen Verdickungen versehen ist, mit denen der Anodenmantel (60)

in der Nähe der aktiven Oberfläche (36) und zusätzlich an seinem anderen Ende verschmolzen ist (Fig. 4).

4. Hochfrequenz-Entladungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenmantel (68) an dem aus der Keramikhülle (24) herausstehenden Ende mit einem In- nengewinde versehen ist und daß der Anodenkern (72) in diesem Gewinde verschraubt ist (Fig. 5).

5. Hochfrequenz-Entladungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikhülle (24) aus Forsterit-Keramik besteht, daß der Anodenmantel (42) aus einem Material besteht, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient mit dem des Keramikmaterials im wesentlichen übereinstimmt, und daß der Anodenkern (44) aus Molybdän besteht.