DE19955845A1 - Kathode für eine Vakuumröhre - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kathode (3) für eine Vakuumröhre, aufweisend einen Kathodenträger (7) und einen mit diesem durch Schweißen, insbesondere LASER-Schweißungen (13a, 13b), verbundenen, einen thermionischen Elektronenemitter (9) enthaltenden Kathodenkopf (8).

Description

Die Erfindung betrifft eine Kathode für eine Vakuumröhre, aufweisend einen Kathodenträger und einen mit dieser verbun­ denen, einen thermionischen Elektronenemitter enthaltenden Kathodenkopf.

Derartige Kathoden finden beispielsweise in Röntgenröhren Verwendung. Dabei ist es üblich, Kathodenträger und Kathoden­ kopf durch Verbindungselemente, beispielsweise Schrauben oder Nieten, miteinander zu verbinden.

Mit derartigen Kathoden versehene Röntgenröhren werden nach einer gewissen Betriebsdauer unbrauchbar, weil infolge von sich im Inneren des Vakuumgehäuses der Röntgenröhre ablagern­ den Abdampfungen des meist metallischen Materials der Kathode, die Hochspannungsfestigkeit der Röntgenröhre nicht mehr gewährleistet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kathode der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Voraussetzun­ gen für eine verlängerte Lebensdauer der die Kathode aufneh­ menden Vakuumröhre gegeben ist.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Kathode für eine Vakuumröhre, aufweisend einen Kathodenträger und einen mit diesem durch Schweißen verbundenen, einen ther­ mionischen Elektronenemitter enthaltenden Kathodenkopf. In­ folge des Umstandes, daß im Falle der Erfindung der Kathoden­ kopf durch Schweißen mit dem Kathodenträger verbunden ist, ist eine gegenüber einer Verbindung durch Schrauben oder Löten verbesserte Wärmeleitung von dem Elektronenemitter zu dem Kathodenträger gewährleistet, was zu einer niedrigeren Temperatur des Kathodenkopfes und damit zu geringeren Abdamp­ fungen des Kathodenkopfmateriales führt. Damit sind also die Voraussetzungen dafür gegeben, daß eine Vakuumröhre, die eine erfindungsgemäße Kathode enthält, eine gegenüber dem Stand der Technik erhöhte Lebensdauer erreichen kann.

Von Vorteil ist auch, daß infolge der Schweißung der Wärme­ übergang vom Kathodenkopf zum Kathodenträger über die gesamte Lebensdauer der Vakuumröhre konstant ist, was im Falle der Verbindung von Kathodenkopf und Kathodenträger durch Schrau­ ben oder Nieten nicht gegeben ist, da sich hier durch Setz- oder Lockerungserscheinungen, die mit zunehmender Betriebs­ dauer der Vakuumröhre größer werden, der Wärmeübergang ver­ schlechtert.

Als weiterer Vorteil der Erfindung ist zu nennen, daß die bei geschraubtem oder genietetem Kathodenkopf normalerweise er­ forderliche zusätzliche Verbindung des Fokuskopfes über einen langen Masseverbindungsdraht mit einem Massepunkt entfallen kann, weil infolge der Schweißung eine metallische Verbindung des Kathodenkopfes mit dem Kathodenträger gegeben ist. Die Masseverbindung kann außen am kathodenseitigen Röhrenboden angeschlossen werden. Am Kathodenkopf entfällt der spezielle, sonst übliche Massekontakt. Es reduziert sich somit der Fertigungsaufwand bei der Kopfherstellung und es fällt auch ein verminderter Montageaufwand an.

Hinsichtlich der Genauigkeit der Positionierung des Kathoden­ kopfes auf dem Kathodenträger sind durch die Erfindung keine Nachteile zu erwarten; im Gegenteil ist - bei Verwendung ge­ eigneter Fertigungsvorrichtungen - eine gegenüber dem Stand der Technik genauere Positionierung des Kathodenkopfes auf dem Kathodenträger möglich.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung ist der Kathodenkopf mit dem Kathodenträger durch LASER- Schweißen verbunden. LASER-Schweißen bietet gegenüber anderen Schweißverfahren den Vorteil, daß die zur Schweißung notwen­ digen Energien in kleinen und damit unkritischen Dosen für die Bearbeitung der involvierten Materialien eingebracht wer­ den können.

Die Schweißnahtoberfläche wird nicht oder nur äußerst gering oxidiert, eine Schutzgasspülung vorausgesetzt. Die Schweiß­ stelle kühlt unmittelbar nach der Laserschweißung auf unkri­ tische Temperaturwerte ab. Das Material reagiert nicht mehr mit den Luftbestandteilen.

Die Schweißnahtoberfläche ist homogen, ohne sich im Hochspan­ nungsfeld kritische auswirkende Spitzen und Kanten, die bei entsprechender Potentialdifferenz zu Überschlägen führen kön­ nen.

Es stellt sich ein äußerst geringer Verzug des Kathodenträ­ gers und des Kathodenkopfes ein. Die sonst in den Kathoden­ träger üblicherweise eingebrachten Stabilisierungssicken kön­ nen entfallen.

Besonders einfach gestaltet sich die Verbindung des Kathoden­ kopfes mit dem Kathodenträger dann, wenn der Kathodenträger eine ebene Fläche aufweist, mit der der Kathodenkopf verbun­ den ist. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung besteht dann die Möglichkeit, den Kathodenkopf mit wenigstens einer in der ebenen Fläche des Kathodenträgers liegenden Schweiß­ naht mit dem Kathodenkopf zu verbinden. Mit einem Kathoden­ kopf in runder Ausführung ergeben sich besonders günstige Verbindungszeiten, geringere Herstellungs- und Werkzeug­ kosten. Eine runde Schweißnaht kann mit der entsprechenden Vorrichtung, einmal eingerichtet, in einem Zug fertigge­ schweißt werden, ohne die Kathode, wie bei einem quaderförmi­ gen Kopf, wesentlich aufwendiger auf die zu schweißende Seite zu positionieren.

Um thermisch bedingte Verzugserscheinungen sowohl bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Kathode als auch bei deren Betrieb zu vermeiden, sind gemäß einer Variante der Erfindung paarweise einander gegenüberliegende Schweißnähte vorgesehen. Bei einem runden Kathodenkopf, wie auch bei rechteckiger Grundfläche des Kathodenkopfes (wie im Falle des nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiels), wird der Kathodenkopf zunächst an vier sich gegenüberliegenden Stellen geheftet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine eine erfindungsgemäße Kathode enthaltende Rönt­ genröhre im Längsschnitt,

Fig. 2 die Kathode der Röntgenröhre gemäß Fig. 1 in teil­ weise geschnittener Darstellung, und

Fig. 3 eine Ansicht in Richtung des Pfeils A in Fig. 2. Die Röntgenröhre gemäß Fig. 1 weist ein Vakuumgehäuse 1 auf, in dem eine insgesamt mit 2 bezeichnete Drehanode und eine dieser gegenüberliegend angeordnete, insgesamt mit 2 bezeich­ nete Kathode aufgenommen sind.

Die Drehanode 2 ist in nicht näher dargestellter, an sich be­ kannter Weise in dem Vakuumgehäuse 1 drehbar gelagert. Die Drehanode 2 weist einen Anodenteller 4 auf, der über eine Welle 5 mit einem Rotor 6 verbunden ist. Der Rotor 6 wirkt mit einem in der Fig. 1 nicht dargestellten, außerhalb des Vakuumgehäuses 1 angeordneten Stator nach Art eines elektri­ schen Kurzschlußläufermotors zusammen, wenn der Stator im Be­ trieb der Röntgenröhre mit den entsprechenden Strömen ver­ sorgt wird.

Die der Drehanode 2 gegenüberliegend angeordnete Kathode 3 ist über einen Kathodenträger 7 mit dem Vakuumgehäuse 1 ver­ bunden. An dem Kathodenträger 7 ist ein Kathodenkopf 8 ange­ bracht, der einen thermionischen Elektronenemitter 9 enthält, bei dem es sich im Falle des beschriebenen Ausführungsbei­ spiels um eine Glühwendel handelt.

Von dem Elektronenemitter 9, der im Betrieb der Röntgenröhre mit einem Heizstrom versorgt wird, geht ein mit E bezeichne­ ter Elektronenstrahl aus, dessen Elektronen von einer im Be­ trieb der Röntgenröhre zwischen der Drehanode 2 und der Kathode 3 anliegenden Röhrenspannung (Hochspannung) in Rich­ tung auf die Drehanode 2 beschleunigt werden.

Die Elektronen des Elektonenstrahls E treffen auf den Anoden­ teller 4 in einem Brennfleck BF auf, von dem ein Röntgen­ strahlenbündel ausgeht, von dem in Fig. 1 nur der Zentral­ strahl Z angedeutet ist.

Bei dem Kathodenkopf 8 handelt es sich um ein mit einer den Elektronenemitter 9 aufnehmenden Fokussierungsnut 10 versehe­ nes Metallteil, das hinsichtlich seiner Außenkonturen von etwa quaderförmiger Gestalt ist. Der Kathodenkopf 8 ist der­ art angeordnet, daß die Fokussierungsnut 10 dem Anodenteller 4 zugewandt ist. Mit seiner Grundfläche liegt der Kathoden­ kopf 8 an einer ebenen Fläche 11 des Kathodenträgers 7 an. Der Kathodenträger 7 selbst ist mit einem das Vakuumgehäuse 1 verschließenden Kathodendeckel 14 verbunden, der mit einem Massekontakt 15 versehen ist.

Der Kathodenkopf 8 ist mit dem Kathodenträger 7 durch Schweißen, und zwar durch LASER-Schweißen, verbunden. Es sind in aus der Fig. 3 ersichtlicher Weise paarweise einander gegenüberliegende LASER-Schweißnähte 12a, 12b und 13a, 13b vorgesehen.

Die im Falle der erfindungsgemäßen Kathode vorgesehene Ver­ bindung des Kathodenkopfes 8 mit dem Kathodenträger 7 durch LASER-Schweißen hat folgende Vorteile:

• - Sehr gute Wärmeleitung vom Kathodenkopf 8 zum Kathodenträ­ ger 7 und damit niedrigere Temperatur des Kathodenkopfes, mit der Folge, daß weniger die Lebensdauer der Röntgen­ röhre verkürzende Partikel von dem Kathodenkopf 8 abdamp­ fen.
• - Der Wärmeübergang zwischen dem Kathodenkopf 8 und dem Kathodenträger 7 bleibt infolge der LASER-Schweißung über die gesamte Lebensdauer der Röntgenröhre konstant und ver­ schlechtert sich mit zunehmender Betriebsdauer der Rönt­ genröhre nicht.
• - Es besteht keine Gefahr des sich Lösens oder Lockerns von Verbindungselementen, z. B. Schrauben oder Nieten sowie auch Teilchen von Verbindungselemente.
• - Durch die metallische Verbindung des Kathodenkopfes 8 mit dem Kathodenträger 7 bis hin zum Kathodendeckel 14 der Röhre kann ein gesonderter Masseanschluß am Kopf und die Verbindung des Kathodenkopfes mit Masse über einen geson­ derten Draht zur vakuumdichten Durchführung hin entfallen. Es genügt vielmehr außen am Kathodendeckel 14 der Röntgen­ röhre einen im Falle des beschriebenen Ausführungsbei­ spiels als Massepunkt ausgebildeten Massekontakt 15 vorzu­ sehen, über den die gesamte Kathode 2 mit Masse verbunden werden kann.
• - Ein sonst üblicherweise erforderlicher Pin der vakuum­ dichten Durchführung wird frei für andere Aufgaben bzw. kann entfallen. Es können somit Kosten eingespart werden.

Anstelle eines im Falle des beschriebenen Ausführungsbei­ spiels vorgesehenen Kathodenkopf mit rechteckiger Grundfläche kann auch ein Kathodenkopf mit runder Grundfläche vorgesehen sein. Mit einem Kathodenkopf in runder Ausführung ergeben sich besonders günstige Verbindungszeiten, geringere Herstel­ lungs- und Werkzeugkosten. Eine runde LASER-Schweißnaht kann mit der entsprechenden Vorrichtung, einmal eingerichtet, in einem Zug fertiggeschweißt werden, ohne die Kathode, wie bei einem quaderförmigen Kathodenkopf, wesentlich aufwendiger auf die zu schweißende Seite zu positionieren.

Die Erfindung wurde vorstehend am Beispiel einer Röntgenröhre erläutert. Die Erfindung kann aber auch bei anderen Vakuum­ röhren zum Einsatz kommen.

Claims (5)

1. Kathode für eine Vakuumröhre, aufweisend einen Kathoden­ träger und einen mit diesem durch Schweißen verbundenen, ei­ nen thermionischen Elektronenemitter enthaltenden Kathoden­ kopf.

2. Kathode nach Anspruch 1, bei der der Kathodenkopf durch LASER-Schweißen mit dem Kathodenträger verbunden ist.

3. Kathode nach Anspruch 1 oder 2, deren Kathodenträger eine ebene Fläche aufweist, mit der der Kathodenkopf verbunden ist.

4. Kathode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, deren Kathoden­ kopf mit wenigstens einer in der ebenen Fläche des Kathoden­ trägers liegenden LASER-Schweißnaht mit dem Kathodenkopf ver­ bunden ist.

5. Kathode nach Anspruch 4, bei der paarweise einander gegen­ überliegende LASER-Schweißnähte vorgesehen sind.