DE19842945C1

DE19842945C1 - Electron beam tube e.g. for electron beam welding systems

Info

Publication number: DE19842945C1
Application number: DE1998142945
Authority: DE
Inventors: Erich Hell; Detlef Mattern; Peter Schardt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-09-18
Filing date: 1998-09-18
Publication date: 2000-03-02
Anticipated expiration: 2018-09-19

Abstract

The electron beam tube has a HV supply (UR) connected across the cathode and the anode via symmetrical diodes (6,7) which are biased in opposite directions for connection with both terminals (3,4) of the cathode emitter (1). Respective gas discharge paths (8,9) may be connected in parallel with the symmetrical diodes. A resistor (10) provides the voltage drop for ignition of the gas discharge paths.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektronenstrahlröhre nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to an electron beam tube according to the preamble of claim 1.

In Elektronenstrahlröhren werden die Emitter geheizt, bis Elektronen aufgrund ihrer kinetischen Energie die Emitter oberfläche verlassen können und mit Hilfe eines von der Röh renhochspannung erzeugten Beschleunigungsfeldes in Richtung Anode abgesaugt werden. Der dazu notwendige Heizstrom zur Er zeugung von "freien" Elektronen wird über die beiden An schlüsse des Emitters zu- und abgeführt. Der Röhrenstrom zur Erzeugung von Röntgenstrahlung in der Anode oder der Elektro nenstrom zum Elektronenstrahlschweißen wird dem Heizstrom überlagert.The emitters are heated in electron beam tubes until Electrons because of their kinetic energy the emitters can leave the surface and with the help of one of the Röh high voltage generated acceleration field in the direction Anode are sucked off. The heating current required for this Generation of "free" electrons is via the two types conclusions of the emitter in and out. The tube current for Generation of X-rays in the anode or the electric Current for electron beam welding becomes the heating current overlaid.

Meist erfolgt dies in der Weise, daß die Röhrenhochspannung über einen der Anschlüsse des Emitters dem Heizstrom über lagert wird. Da aber die "freien" Elektronen durch die Be schleunigungsspannung abgesaugt werden und zur Anode fliegen, stellt sich entlang des Emitters, also in Richtung vom einen Heizwechselspannunganschluß zum anderen Heizwechselspannungs anschluß, ein linear abfallender, aus dem konstanten Heiz strom und dem von der Zuführseite bis zur Gegenseite linear abnehmenden Röhrenstrom gebildeter resultierender Heizstrom ein. Da die Heizung des Emitters durch die Stromdichte er folgt, ergibt sich demzufolge entlang des Emitters auch eine unterschiedliche Temperatur an der Oberfläche und es kommt somit zu einer nichthomogenen Röhrenstromverteilung. Darüber hinaus wird die Lebensdauer eines Emitters u. a. durch die so entstehenden heißen Stellen reduziert, da an diesen Stellen das Emittermaterial mit einer höheren Rate abdampft. This is usually done in such a way that the tube high voltage the heating current via one of the connections of the emitter is stored. But since the "free" electrons by the Be acceleration voltage are sucked off and fly to the anode, stands along the emitter, in the direction of one AC heating voltage connection to the other AC heating voltage connection, a linearly falling, from the constant heating current and linear from the supply side to the opposite side decreasing tube current formed resulting heating current on. Because the heating of the emitter by the current density he follows, there is consequently also one along the emitter different temperature on the surface and it comes thus to a non-homogeneous tube current distribution. About that in addition, the life of an emitter u. a. through that emerging hot spots are reduced because at these spots the emitter material evaporates at a higher rate.

Diese Probleme treten bei einer aus der DE 42 01 616 A1 be kannten Röntgenröhre der eingangs genannten Art infolge sym metrischen Anschließens der Röhrenhochspannung an beide Heiz wechselspannungsanschlüsse des Emitters nicht auf, da sich dem Heizwechselstrom zwei Teil-Röhrenströme überlagern, von denen der eine vom ersten Anschlußbeinchen zum zweiten An schlußbeinchen des Emitters und der andere umgekehrt vom zweiten zum ersten Anschlußbeinchen des Emitters hin abfällt. Diese Überlagerung führt zu einem konstanten resultierenden Heizstrom als Summe des konstanten Heizwechselstroms und der sich umgekehrt überlagernden Teil-Röhrenströme. Allerdings ist im Falle der aus der DE 42 01 616 A1 bekannten Röntgen röhre ein Heizwechselspannungstransformator erforderlich, dessen Sekundärwicklung mit einer Mittelanzapfung versehen ist, an die der eine Pol der Röhrenhochspannung mit der Folge angeschlossen ist, daß der Röhrenstrom durch die Sekundär wicklung des Heizspannungstransformators fließt.These problems occur with one from DE 42 01 616 A1 knew X-ray tube of the type mentioned above due to sym metric connection of the tube high voltage to both heaters AC connections of the emitter are not open because superimpose two partial tube currents on the alternating heating current, from which one from the first leg to the second type the Emitter 's leg and the other reversed from the second falls towards the first connecting leg of the emitter. This overlay leads to a constant resulting Heating current as the sum of the constant heating alternating current and the reversely overlapping partial tube currents. Indeed is in the case of the X-ray known from DE 42 01 616 A1 a heating AC voltage transformer is required, provide the secondary winding with a center tap is to which the one pole of the tube high voltage with the consequence is connected that the tube current through the secondary winding of the heating voltage transformer flows.

In der DE 195 22 221 A1 ist eine Elektronenstrahlröhre be schrieben, bei der die Röhrenhochspannung über einen Feld effekttransistor an beide Heizwechselspannungsanschlüsse eines Emitters symmetrisch über Symmetriewiderstände ange schlossen ist.DE 195 22 221 A1 describes an electron beam tube wrote, where the tube high voltage across a field effect transistor to both heating alternating voltage connections an emitter symmetrically via symmetry resistors is closed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektronen strahlröhre der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine gleichmäßige homogene Anodenstromverteilung und eine gleichmäßige Temperaturverteilung über den Emitter hinweg möglich ist, ohne daß der Röhrenstrom durch die Sekundärwick lung eines Heizspannungstransformators fließen muß.The invention has for its object an electron beam tube of the type mentioned in such a way that a uniform homogeneous anode current distribution and a uniform temperature distribution across the emitter is possible without the tube current through the secondary winding must flow of a heating voltage transformer.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Elektro nenstrahlröhre mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.According to the invention, this object is achieved by an electrical system NEN ray tube with the features of claim 1.

Infolge der gemäß der Erfindung in jedem Anschlußzweig vorge sehenen, entgegengesetzt zueinander gepolten Entkopplungs dioden ist es möglich, die Röhrenhochspannung symmetrisch direkt an die beiden Heizwechselspannungsanschlüsse des Emitters anzuschließen, ohne daß es zu einem Kurzschließen des Heizstromes kommt.As a result, according to the invention in each branch branch seen, opposite polarity decoupling diodes it is possible to symmetrically tube high voltage directly to the two AC heating connections of the Connect emitters without causing a short circuit of the heating current comes.

Bei Röhrenstörungen, wie z. B. bei Überschlägen, könnten die Dioden, die zur Verhinderung eines Kurzschlusses der Heiz wechselspannung notwendig sind, überlastet werden. Um diese Überlastung und einen daraus resultierenden Ausfall einer oder beider Dioden zu verhindern, können in Weiterbildung der Erfindung den Dioden Gasfunkenstrecken parallelgeschaltet sein, die als handelsübliche Sicherungselemente problemlos erhältlich sind. Ferner kann ein Widerstand zur Erzeugung ei nes Spannungsabfalls zum Zünden der Gasfunkenstrecken vorge sehen sein.For tube disorders, such as. B. in rollovers, could Diodes used to prevent a short circuit in the heating AC voltage are necessary to be overloaded. Around Overload and a resulting failure of one or to prevent both diodes can be developed in further training Invention the diodes gas spark gaps connected in parallel be that easily as commercially available securing elements are available. Furthermore, a resistor for generating egg nes voltage drop to ignite the gas spark gaps to be seen.

Weitere Vorteile, der Erfindung er geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfüh rungsbeispiels der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Da bei zeigen:Other advantages of the invention give themselves an execution from the following description Example of the invention and based on the drawing. There at show:

Fig. 1 schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Elektronenstrahlröhre speziell im Hinblick auf die symmetri sche Zuführung der Röhrenhochspannung, und Fig. 1 shows schematically the structure of an electron beam tube according to the invention specifically with regard to the symmetri cal supply of the tube high voltage, and

Fig. 2 ein Diagramm der verschiedenen Ströme im Emitter. Fig. 2 is a diagram of the different currents in the emitter.

In der schematisch in Fig. 1 gezeigten Elektronenstrahlröhre ist der Emitter 1, der im dargestellten Ausführungsbeispiel als Wendel gezeigt ist, jedoch auch beispielsweise ein Fla chemitter sein könnte, über einen Entkopplungstransformator 2 an eine äußere Heizwechselspannungsquelle U_H angeschlossen. Die Zuführung erfolgt dabei über die in der Praxis als An schlußbeinchen ausgeführten Heizwechselspannungsanschlüssen 3 und 4. Die über den Transformator 2 entkoppelte Heizwechsels pannung U_H liefert einen konstanten Heizwechselstrom HWS (vgl. Fig. 2). Die Röhrenhochspannung U_R zwischen dem Emitter und der Anode 5 wird den Heizwechselanschlüssen 3 und 4 sym metrisch über zwei einander entgegengesetzt gepolte Dioden 6 und 7 zugeführt. Diese Dioden 6 und 7 verhindern ein Kurz schließen des Heizwechselstroms HWS. Durch das gleichzeitige Anlegen der Röhrenhochspannung U_R an beide Heizwechselspan nungsanschlüsse 3 und 4 ergeben sich zwei aufgeteilte Röhren ströme RS1 und RS2, die, wie in Fig. 2 gezeigt ist, vom je weiligen Anschlußbein zur entgegengesetzten Seite hin abfal len. Dieses Abfallen beruht darauf, daß auf der Einspeisungs seite ja sofort ein Teil des Röhrenstroms in Form freier Elektroden abgezogen wird, so daß immer weniger Röhrenstrom auf dem Weg zum zweiten Anschlußbeinchen hin noch zur Verfü gung steht. Durch den symmetrischen Anschluß der Röhrenhoch spannung U_R an beide Heizwechselspannungsanschlüsse 3 und 4 ergibt sich durch den umgekehrt ansteigenden Verlauf der Teilröhrenströme RS1 und RS2 ein resultierender Heizstrom RH aus den Teilröhrenströmen und dem Heizwechselstrom, der, wie man aus der Fig. 2 erkennt, über die gesamte Länge des Emit ters konstant ist, so daß auch die Temperatur über den Emit ter konstant ist und damit auch eine konstante Anodenstrom dichte erzielt wird.In the electron beam tube shown schematically in FIG. 1, the emitter 1 , which is shown as a helix in the exemplary embodiment shown, but could also be a fla chemitter, for example, is connected via a decoupling transformer 2 to an external heating alternating voltage source U _H. The supply takes place via the in practice as circuit legs executed at AC alternating voltage connections 3 and 4 . The heating alternating voltage U _H decoupled via the transformer 2 supplies a constant alternating heating current HWS (cf. FIG. 2). The tube high voltage U _R between the emitter and the anode 5 is fed to the heat exchange connections 3 and 4 symmetrically via two diodes 6 and 7 which are polarized in opposite directions. These diodes 6 and 7 prevent short-circuiting of the heating alternating current HWS. The simultaneous application of the tube high voltage U _R to both Heizwechselspan voltage connections 3 and 4 results in two divided tube currents RS1 and RS2, which, as shown in Fig. 2, from the respective connecting leg to the opposite side. This drop is due to the fact that part of the tube current is immediately drawn off in the form of free electrodes on the feed side, so that less and less tube current is still available on the way to the second connection leg. Due to the symmetrical connection of the tube high voltage U _R to both heating alternating voltage connections 3 and 4 , the result is the heating current RH resulting from the partial tube currents and the alternating heating current, which, as can be seen from FIG the entire length of the emitter is constant, so that the temperature over the emitter is constant and thus a constant anode current density is achieved.

Bei 8 und 9 sind den Dioden 6 und 7 parallelgeschaltete Gas funkenstrecken angedeutet, die bei Röhrenstörungen, wie z. B. Überschlägen, eine Überlastung und damit Zerstörung der Di oden 6 und 7 sicher verhindern. Den Gasfunkenstrecken 8, 9 ist ein Widerstand 10 zugeordnet. Der bei einem Überschlag in der Röhre ansteigende Strom erzeugt über den Widerstand 10 einen Spannungsabfall. Dieser zündet die beiden Gasfunken strecken 8 und 9 und verhindert ein zu starkes Ansteigen der Ströme über die Dioden.At 8 and 9 the diodes 6 and 7 parallel gas spark gaps are indicated, which in the case of tube disturbances such. B. prevent arcing, overloading and thus destruction of the diodes 6 and 7 . A resistor 10 is assigned to the gas spark gaps 8 , 9 . The current rising in the event of a flashover in the tube produces a voltage drop via the resistor 10 . This ignites the two gas sparks lines 8 and 9 and prevents the currents via the diodes from rising too sharply.

Claims

1. Electron beam tube, in particular for electron beam welding systems or as an X-ray tube, with a cathode and an anode ( 5 ) containing an emitter ( 1 ) operated by a heating alternating voltage (U _H ), with a tube high voltage between the cathode and the anode ( 5 ) ( U _R ), which is connected to both heating alternating voltage connections ( 3 , 4 ) of the emitter ( 1 ) symmetrically, characterized in that the tube high voltage (U _R ) via a decoupling diode ( 6 , 7 ) to the two alternating heating voltage connections ( 3 , 4 ) the emitter ( 1 ) is connected.

2. Electron beam tube according to claim 1, characterized in that the diodes ( 6 , 7 ) gas spark gaps ( 8 , 9 ) are connected in parallel.

3. Electron beam tube according to claim 2, characterized in that a resistor ( 10 ) for generating a voltage drop for igniting the Gasfun ken routes ( 8 , 9 ) is provided.