DE1589608A1 - Direkt geheizte Kathode - Google Patents

Description

DIpI.-Ing. DIpI. oec. publ. DIETRICH LEWINSKY

PATENTANWALT

8 MÜNCHEN 42, den 12. Mai 1967 aotthardstrae· 81 · Telefon (Oett) M176a TtMgrtmm-AdrMH ■ ■UNOPAT MUKNCHKN

Ihr Zalahen ι Main Zalohan ι

4511-Il/Sz

Gompagnie Frangaise
Thomson Houston-Hotchkiss Brandt 173, Bl. Haussmann, Paris 8e (Frankreich)

"Direkt geheizte Kathode"

Französische Priorität vom 18. Mai 1966 aus der französischen Patentanmeldung Nr. 61 990 (Seine)

Die Erfindung betrifft eine direkt geheizte Kathode für Elektronenröhren, deren emittierendes Teil aus zumindest eineu röhrenförmigen Käfig aus schwerschmelzbaren Drähten besteht, deren Enden auf dem Umfang der entsprechenden metallischen otützen Eingebracht sind, von denen mindestens eine durch eine von dem oder den die Zuführungen des He-izat.omes darstellenden Leitern getragenen Stützplatte gebildet ist.

Me Kathoden für Elektronenröhren hoher Leistung haben

PROP» 3 956/DTE

BAD CFttCii-iAl. - 2 -

009820/0736

oft die Form von zylindrischen Käfigen, die durch eine oder mehrere Schichten von Drähten aus einem schwer schmelzbaren Metall wie z. B. thoriertes Wolfram gebildet werden. Die Drähte dieser Schichten können ein Netz von Geraden, Wendeln oder gekreuzten Wendeln bilden. Die entsprechenden ünden dieser Drähte sind z. ^, durch Punktschweißung auf dem Umfang von zwei auf der gleichen Achse angeordneten kreisförmigen Platten befestigt. Die Platten bilden so eine ->tütze für die Brahtschioht und werden ihrerseits durch Stäbe auc schv/er schmelzbarem J-ietall gestutzt, die sie mechanisch mit dem Boden der Röhre verbinden, -»-ufier uer mechanischen './irkung, die diese Stäbe ausüben, dienen sie als Zuführungsleiter für den HeizstroB.

Beim Arbeiten der Röhre v/erden die Drähte der Kathode auf eine temperatur größer als 1 650° erhitzt, v/ährend die Platten auf einer wesentlich niedrigeren Temperatur verbleiben, denn sie sind nur wenig aurch den Durchgang des Stroms erhitzt und sind außerdem besser als die Drähte in der Lage, ihre Wäree durch strahlung abzugeben. Es besteht also ein temperaturgradient in dem äußeren Bereich der Stützplatten sowie an den inden der Drähte, d. h. in der Nähe der Punkte, in denen die Drähte auf den Platten befestigt sind. Der Gradient ist dadurch an den Snden der Drähte stärker hervorgehoben, daß diese Drähte einen größeren elektrischen und thermischen Widerstand als die Platten besitzen. Infolgedessen besitzt die Kathodenschicht in der N|Üie der Platten Bereiche, die aufgrund ihrer zu niedrigen Temperatur praktisch nicht an der Emission von Slektronen

in?

009820/0736 , ,-_ru/

£Au '-' ■■-' - 3 -

Die Höhe der nicht aktiven Bereiche der Kathodenschicht hängt pralctisdh nicht von der ^esamthöhe de.¹ Kathode ab, so daß die relative -Beaeutung dieser nicht aktiven Bereiche umso grüßer ist, je kürzer die Kathode ist. In den Röhren mit sehr hoher ^rbeitsf re.iuenz müssen nun die Kathoden sehr kurz sein und einen genügend großen Durchmesser besitzen. Dies ist bedingt .durch die Forderung der Verringerung der Impedanz ■ und der Erhöhung der Grenzfrequenz. In diesen Röhren erfordern es die nicht aktiven Bereiche, der Drahtschicht eine zusätzliche Höhe zu geben, die sch dlicherweise die Kapazität der Röhr· Bwischen den Elektroden und insbesondere die Eingangskapazität erhöht.

In bekannter Weise hat man versucht,die Höhe der nicht aktiven Bereiche der Kathode zu verringern, inden mr\n Schirme in der llnlie der Stützplutten mit dem Ziel, ihre thermische Streuung durch Strahlung zu verringern, angebracht hat. Diene Anordnung ist jedoch nicht völlig v/irksim, um die Platten am Sichabkühlen zu hindern.

Der Erfindung liegt die Aufgi.be zu_t;runue, eine Kathode der eingangs genannten Art zu schaffen, die die Höhe der nicht aktiven Bereiche einer käfigfureigen zylindrischen Kathode ve.-riugern läiit. Diese Au:_h- be irt bei der hier vorgeschlagenen Kathode vor allem dudureh gelöst, aal? in einer ersten Ausfahrun/a-forr:

009820/0736

- die Platte oder die Platten in einem an ihrem Umfang anliegenden ringförmigen Bereich eine wesentlich verringerte Dicke gegenüber der in einen: ihren lieiEStromzuftihrur.gen benachbarten Bereich herrschenden Dicke aufweist (Fig. 1),

- ein ringförmiger Zierelch der Platten Bohrungen aufweist (Fig. 4),

- die Platten die Form eines Napfes haben, dessen Boden in den Innenraum des röhrenförmigen Käfigs hineinragt, und dai; die Kathodendrahte -..n der iindfläche einer den Rand des Kapfea bildena^n unu üich arallel zum Boden des Hapfes nach aUiien erstreckenden einfassung befestigt cind, (Fig_e 5),

- der ..apf einen ri;.gf örmigen kegelstumpff örmigen Teil ^esitzt, ae;^er. -.u.ici.fl^crie bla^k ibt, (Figo 5),

- der ;.'apf eine Endfläche besitzt, die durch einen Hohlzyiinuer geLi^^et i^x, der -.n -einer freien Jeite mit einer _ii;;fa. i-ui.; geringer Jreite versahen i:;t, ίϊ·; :jicr. i.r-tr;-j j.el zum boden a~s ..-..[fcH :.■■..cn au.'ien. erstreckt, und ca.? die j.ati.^d«n-r j.;e ·;η iur zy.indrisc.en Endfläche dieser Uinfid-u;._ö Cöf6c*.ijt oii.'J, (i-'ig. 7),

- aie a::. -7.r.: ._e:..£jc.i.s stärke '^:;.er j la l te, uie ir. zer. tr-'ilen ^fereic;. ger.fc^ .-cr.e «tarkü der blatte, der inr.oro Dur■;]„..er; er ae^ rir.gi :r:..iger. 5ereicha rr.ii ver 1:..;·;τΊε:. Durcr.re:: <^r und

009820/0736

e ,

der ^uöendurchmesser der Platte der Gleichung jj ^{= m} jj

genügen, wobei m ein Paktor kleiner 1 ist. - der ^'aktor m kleiner als 0,5 ist.

Zur Erläuterung des technischen Fortschrittes und der Merkmale der Erfindung ist in der Zeichnung eine Kathode der erfindungsgeraaßen Art in beispielsweise gewählten Ausführungsformen veranschaulicht. Es zeigen:

Pig. 1 eine erfindungsgemäße Kathode mit direkter Heizung,

Pig. 2 bis Fig. 5 und Pig. 7 im parallel zu ihrer Achse erfolgt.η ^.uerschnittpPlatten zum Tragen der emittierenden Drähte einer in Pig. 1 gezeigten Kathode in besonderen erfinaUn^sgemäßen Ausführungen,

Pig. 6 aie Draufsicht der Hatte nach Pig. 7.

In der Pig. 1 itt in vereinfachter Porm eine erfindungsgüinä.?,e Kathode d; rgeo tel.t, die ein gitterf öriniges zylindrisches ei.'ii Ltierendes Clement besitzt, das durch Drähte 1 aus thoriertem ./olfram gebildet ist, die abwechselnd in umgekehrter iii(jhtun_r;i derart gewickelt sind, dab sie gekreuzte V/endeln bilden. Die jevieiiigen -^nden der Drähte sind an den Stützplatten '?. und > auc Molybdän abgeschlo. sen,-.Die Hatte 2 ist gejtützt von eineiii zentralen otab 4 aus liolybdän, der sich

009820/0736

axial zwischen den Platten 2 und 3 erstreckt und sich jenseits dieses Raumes verlange t, indem er frei eine zentrale Üxfnung der Platte 3 durchquert, ^ie Platte 3 i:jt durch zwei Stäbe 5 gleicherweise :,us Molybdän ge tützt, die symmetrisch zur Achse angeordnet sir.d. In Fig. 1 ist nur uie Seite der Stäbe 4 und i? darge..teilt, die jeweils r..n den Platten 2 und 3 befestigt sind. Me in der Zeichnung nicht sichtbaren ^nden der Stäbe 4 und 5 sind mit abgedichteten Durchquerun^en des nicht gezeigten Bodens einer Elektronenröhre verbunden,

i^rfinduxigsgemä^ hrben die Platten 2 und 3 eine "tärke, aie von der Mitte zu den Rändern hin abnimmt. In dieser fOrm behalten die Platten 2 und 3 eine genügend große mechanische Festigkeit, um die Drähte der Kathode 1 zu halten, während ihre thermische und elektrische Leitfähigkeit in radialen Richtungen geringer ist als bei dem Fall, bei dem die Platten eine gleichmäßige Stärke haben würden. Der äußere Bereich der Platten 2 und 3 ist nun nicht allein durch Leitung und ."Jtrah= lung der Kathodendrähte sondern auch durch den Heizstrom selbst geheizt. Gleichzeitig kühlen sich die -nden uer Kathcdendrähte weniger ab durch Leitung im Kontakt mit den otu'tzplatten, denn der äußere dünne Bereich dieser Platten stellt einen hohen tnermischen »'fiderstand dir. Der Gewinn ^n Nutzlänge der Kathode ist schon bemerkenswert in den Fällen, in denen ein einziges ^nde der röhrenförmigen Käfigka.thode an einer Platte mit dünnem äußeren bereich befestigt ist, z. B. in den Fällen,

- 7 009820/0736

in denen aus elektrischen oder ii.e chemische η Gründen das andere -^nde an einem Stützelement bekannter Form wie z. B. einem Röhrenabschnitt befestigt werden nuß.

otützplatten in verschiedenen anderen -"-usführungü formen ermöglichen es gleicherweise, die verbesserten erfinaungsgemäßen Kathoden auszuführen. -Uie Fig. 2 bis Fig. 7 zeigen beispielsweise besondere ftusführungsfuniien dieser ilatLen. Um die Darstellung zu vereinfachen, liat iiif.n in niesen Figuren die Bohrungen oder verschiedene andere der Erfindung fremde Einzelheiten nicht dargestel.t, die die Hatte 2, die von einem Zentralst: b 4 gestützt wird, von der ilatte 3 unterscheiden, die durch symmetrisch zur Achse angeordnete Stäbe 5 ge. tützt wird. Selbstverständlich können die in den *'ig. 2 bis 7 gezeigten Stüt:;ylutten vorbehaltlich vor. Einzelheiten der fertigstellung ohne Unterschiede die Funktionen erfüllen, die analog denen aer einen oder linderen üer beiden in Fig. dargerf .el. ten Hatten 2 oder > sind.

In Fig· ^ Desitzt eine blatte b, deren auflerer Bereich wesentlich dünner ist, einai gefalteten Hand 7, der dne genau festgelegte Oberfläche i,ur Befestigung der Xathockidrahte lieferi und der Hatte 6 einen Zuwachs an mechanischem V/iaerstand zur Stützung dies r Jrahte gibt.

In Fig. 3 nimrct die Starke einer I'l-.tte 6 von der I>!itte ausgehend zum Hand hin in Absätzen ac. Diese anordnung kann

009820/0736 " ⁸ "

manchmal einem progressiven Dünnerwerden vorgezogen werden. Beispiels.eise kann man, um die Platte der Fig. 3 aus einem Material wie Molybdän herzustellen, durch Sehweißung mit Zirkonium mehrere einfache ebene Scheiben mit abnehmenden durchmesser miteinander verbinden.

Um die beste Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu sichern, ist es empfehlenswert, dem äußeren Bereich der Platte einen Grad der Verringerung der Starke derart zu geben, daß der in den radialen Richtungen der Platte gemessene elektrische und thermische "iderstand ausgehend von dem mittleren in der Stärke nicht verringerten Bereich zum Rand der Platte hin größer wird, ^ies bedeuted, daß die dem elektrischen und thermischen Pluß gebotene ^uerschnittsflache von dem mittleren Bereich zum Rand hingehend sich verringern muß sowie in jedem Absch.-.itt der Platte sich die Breite dieser «uerschnittsflache proportiona.1 zum Radius erhöhen muß. In ^x'ig. 2 ist mit e die geringste am Rand auftretende stärke und nit E die konstante Ltärke des mittleren Teils bezeichnet, D und d bezeichnen jeweils den ^ußendurehmesser der Platte, und den des mittleren Teils mit konstanter Stärke. Damit die oben genannte .äeaingung erfüllt ist, muß e/E kleiner sein als d/D. liach einer vorteilhaften erfindungs^emäßen Ausführungsform wird e/E ^* C,5 d/D gewählt.

In gewis. en fällen kann eine Verringerung der Otärke in der. gewünschten Grid nur bei gleichzeitiger Verringerung des

"■ !'■■ ^)-■ v.^.^AL — 9 — 009820/0726

mechanischen Widerstandes der Platte erreicht werden. In diesen Fällen kann der-gewünschte Effekt verstärkt werden durch eiiB oder mehrere Reihen von Bohrungen, die entweder in dem ringförmigen Bereich mit reduzierter Stärke oder in βΐηβφ Bereich nahe diesem, der jedoch noch zu dem '-Teil mit konstantem -!durchmesser gehört, angeordnet sind. In Pig. 4, die diese Äusführungsform vertinsohaulicht, ist die ±·'latte eine kreisförmige Scheite 9» deren Durchmesser in einem Randbereich verringert ist. Ferner besitzt diese Scheibe eine Serie von Löchern 10, die kreisförmig nahe dem dünneren Bereich verteilt sind. Gemäß anderen nicht dargestellten -"-usfuhrungs— formen könnte eine blatte wie die Platte 9 eine Serie von Löchern, die auf mehreren Kreisumfängen verteilt sind, oder Bohrungen jeder anderen Form aufweisen.

Gemäß einer in den Fig. 5 und 6 jeweils im querschnitt und in Draufsicht gezeigten speziellen Ausführung^orm ist eine I-latte 12 aus einer Tantalplatte gebildet, in der 2. B. durch. Tiefziehen ein Napf 13 gebildet ist, der einen ebenen Boden auf weist, der von einem kegel, tumjjff örmigen Teil 14 umgeben ist, an welchem sich ein flacher Rand befindet. Der Teil 14 und so-in Hand sind in der ^ütärke progressiv zum Rand des · I,^rapfe;.; hinjehend verringert. Ferner ist eine auf einem Kreisumfang verteilte ^uerie von Löchern 15 in dem ^oden des Napfea zum Rand dieses Bodens hin angebracht. Die Außenfläche des Teils 14 ist z. B. durch Polieren glänzend gemacht worden. Die Indfläche des iiandes ist bestimmt zut Befestigung der

- 10 009820/0736

1589606

Kathodendrähte. Der zusammenwirkende effekt des dünneren R&ndbereicha und der Lücher 15 sichert, wie in den vorhergehend beschriebenen Beispielen, eine progressive Erhöhung des elektrischen Widerstandes und des thermischen Widerstandes von dem mittleren Teil der Hatte ausgehend zu den Befestigungspunkten der Kathodendrähte. Das Ergebnis ist eine Erhöhung der Temperatur der ündteile der Drähte. In den Ausführungsformen der Fig. 5 und 6 findet sich dieses Ergebnis noch verstärkt durch die Tatsache, daß die Außenfläche des kegelstumpff örmigen Teils 14 an die -Enden der Drähte die thermische Strahlung reflektiert, die von ihren mittleren sehr heißen Teilen ausges.ndt wurde.

In dem Ausführungsbeispiel na.jh Fig. 7 hat die 1 latte gleicherweise die Form eines Napfes, der einen ebenen Boden mit konstanter Stärke besitzt, welchen in Richtung des Randes ein Teil mit geringerer Stärke folgt. Jedoch gegenüber dem vorhergehend beschriebenen Beispiel besitzt dieser Teil mit geringerer Stärke außer einem ernten kegelstumpfförmigen in der Stärke naah außen hin abnehmenden Teil einen Teil 18, der nalBzu zylindrisch ist und eine konstante geringe Stärke aufweist und r.-n seinem Ende einen Rand 17 geringer radialer Ausdehnung in der Größenordnung von höchstens 1 mm besitzt. Die zylindrische Endfläche dieses Randes iet bestimmt zur Aufnahme der· Kathodendrähte. In dieser ftusführungsform ist die durch die Verringerung der Stärke in dem Randbereich der Hatte erhaltene Temperaturerhöhung in dem Endteil der Drähte

009820/0736 - 11 -

vor allem dadurch verstärkt, daß der zylindrische 'i'eil 18, der schon auf eine genügend hohe Temperatur gebracht wurde, in der unmittelbaren Umgebung der Drähte einen sehr wirksamen thermischen Schirm darsteilt.

Selbstverständlich iat eiue Kathode, die die mit Hilfe der Fig. 1 bis tfig. θ beschriebenen Stützplatten verwendet, mit in bekannter './eise ausgeführten und au3erhalb der Kathode parallel ihren otützplatten angeordneten Reflektorschirmen und uegenstrahlern versehen, -^ie .Virkun^ dieser ochirme fügt sich noch der der oben beschriebenen Mittel zur Verringerung der AbkJriluü_t; der χ-nden der Kathodendrähte hinzu.

die vorliegende Erfindung -ird die Konstruktion einer kurzen und robu. ten Kathode ern/Jglieht, dank welcher man eine Verringerung von Störkapazitäten und insbesondere der Eingangskapfvaität erhält. _»ar· us fol,,t eine i.rhühung der Äesonanefre-iuenz r.it allen dar.us sich ergebenden günstigen Konsequenzen.

009820/0736

Claims (7)

DIETRICH LEWINSKY ft Telefon 56 17 62 -| 2 . l'.lil 1967 4511 - II/Sζ Prangaise Thomson Houston-Hotchkiss Brandt Patentansprüche;

1.!Direkt geiazte Kathode ί"·>τ Elektronenrohren, deren emittierendes Teil aus zur/ändert einem röhrenförniger: Käfig aus sciiv/erscx.nelzbaren Drähten besteht, deren Enden auf dem Umfang uer entsprechenden netallischen Stützen angebracht sind, vor. denen ir.inde^tens eir.e durch eine von dein oaer deii die Zuführur.g des Heizstromes a^r r.-tellenden Leitern getri-^ei.en otützplatte gebildet i:-;t, daaurch gekennzeichnet, daß die χ latte oder uie blatten (2, 3) in einer,! an iiirern U;.fang anliegenden ri^gf örraigon Bereich eine v/eser.tl' ch verringerte Dicke geger.acer der in eine:., ihren Heizstron- ;,ufUlirungen (4, 5) benachbarten Bereich nerrschen'ien Dicke auf v/eist (rig. 1).

2. iiathode nach Anspruch 1, ck-üurch gekennzeichnet, daß ein ringförmiger Bereich der blatten (2, 3) Bohrungen (10) ■ ufvei^-it (?ig. 4).

009820^0735

3. Kathode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (2, 3) die Form eines Hanfes haben, dessen Boden (13) in den Intienraum des röhrenförmigen Käfigs hineinrajt, und daß die Kathodendrähte ;.n der Endfläche einer den Hand des kapfea bildenden utiu sich parallel zum Boden des Ilapfes nach auiien erstrockenden Einfassung befestigt sind (Fig. 5)·

4. Kathode nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Hapf einen ringförmigen kegelstumpf örmi^en Teil (14) besitzt, des.sen Außenfläche blank ist (Fig. 5).

5. Kathode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Napf eine Endfläche besitzt, die durch einen Hohlzylinder (18) gebildet ist, der an seiner freien Seite mit einer Einfassung (17) geringer Breite versehen ist, die sich parallel zum Boden des liapfes nach außen erstrecke, und daß die Kathodendrähte ;·η der zylindrischen Endfläche dieser Einfassung befestigt sind (Fig. 7).

6. Kathode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die am Hand gemessene Stärke (e)der Platte, die im zentralen Bereich gemessene otärke (E) der Platte, der innere Durchmesser (d) des ringförmigen Bereichs mit verringertem Durchmesser und der Außendurchmesser (D) der Platte

e d

der Gleichung |= ms genügen, wobei m ein Faktor kleiner 1 ist»

7. kathode nach ^nGj/ruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der

3r ist als 0,5.

009820/0736

Faktor m kleiner ist als 0,5. '<·"- -''""'

/ν

Lee rse i te