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Ringförmige Glühkathode (Zusatz zu I)BP (Patentanmeldung P 21 26
334.3)) Durch das DBP ....... (Patentanmeldung P 21 26 33403) ist eine Elektrodenanordnung
für Gasentladungsröhren mit unselbständiger Entladung und Glühkathode geschützt,
die gekennzeichnet ist durch eine konzentrische Anordnung von in gemeinsamer Ebene
liegender, ringförmiger Kathode, ringspaltförmigem Wehneltzylinder und Plasmaanode
mit Ringspalt.
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Eine besondere Schwierigkeit besteht bei solchen nach dem Zentrum
emittierenden kreisförmigen Elektronenstrahlern darin, dass die aussenliegende Kathode
den grössten Durchmesser aller Elektroden hat und dass sich deshalb durch Wärme
bedingte Verformungen bei ihr am stärksten auswirken. Außerdem wirken sich Abweichungen
der Form der Kathode von der Kreisform auf die genaue konzentrische Ausbildung des
Elektronenstrahls am stärksten aus.
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Die bisher bekanntgewordenen Drahtringkathoden deformieren sich infolge
des Temperaturgefälles zu den Aufhängungen hin elliptisch. Infolgedessen ist der
konzentrische Verlauf der Elektronenbahnen in einem räumlichen Ringstrahler nicht
an
allen Stellen seines Umfangs gewährleistet. Ähnliche huswirkungen
auf die Exaktheit des konzentrischen Verlaufs der Elektronenbahnen ergeben sich
bei direkter IIeizung der Ringkathode noch dadurch, dass die Emissionsfläche keine
Äquipotentialfläche mehr ist.
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Der Zusatzerfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ringförmige GLuhkathode
für konzentrisch emittierende Elektronenstrahler nach DBP ....... zu schaffen, die
so gehaltert ist, das sich die Kathode im Betrieb nicht deformiert.
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Die gestellte Aufgabe wird gemäss der Zusatzerfindung durch eine Glühkathode
gelöst, die gekennzeichnet ist durch auf dem äusseren Umfang oder den Flachseiten
des Kathodenrings symmetrisch und mit ihrer Breitseite parallel zur Symmetrieachse
des Elektrodensystems angeschweisste Heizstromzuleitungen bzw. Halterungen. Wegen
der erwünschten Formstabilität der Kathode bezüglich ihrer Ringebene werden die
Halterungen erfindungsgemäss so angeschweisst, dass ihre Breitseite zur Symmetrieachse
des Systems parallel liegt. Die in dieser Weise angeschweissten Halterungen bestehen
vorzugsweise aus strom- und wärmeisolierendem Material, wenn es sich um die Halterung
einer indirekt geheizten Kathode handelt; in diesem Falle kann der Querschnitt der
Halterungen zur weiteren Verringerung der Wärmeableitung kleiner gewählt werden.
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In der nun folgenden Beschreibung soll die Erfindung unter Bezugnahme
auf die Figuren 1 bis 3 der Zeichnung im einzelnen naher erläutert werden.
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In der Zeichnung ist: Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung der Ausführungsform
der direkt geheizten Kathode nach der Erfindung mit angeschweissten lleizstromzuleitungen;
Fig
2 eine AusSührungsform der Kathode nach der Erfindung für indirekte Heizung und
Fig. 3 eine Vorrichtung zum Anschweissen der Halterungen an den Kathodenring.
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In Big. 1 besteht die direkt geheizte Glühkathode nach der Erfindung
im wesentlichen aus einem in sich geschlossenen Kreisring 1 beispielsweise aus Wolfram
oder Tantal und den symmetrisch über den Umfang verteilten hochkant zum Kathodenring
angeschweissten Heizstromzuleitungen, die zugleich zur Halterung dienen. Die Heizstromzuleitungen
bestehen vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Kathode. Der Querschnitt
der Heizstromzuleitungen beträgt dann das Doppelte des Querschnitts des Kathodenrings,
weil die Heizstromzuleitungen-den doppelten Strom führen wie die Kathodenringsegmente.
Gegenüberliegende Heizstromzuleitungen liegen åeweals auf dem gleichen elektrischen
Potential, weil dann der Heizstrom in den vier Segmenten des Kathodenrings die gleiche
Grösse hat, Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 gelangt die indirekte Heizung zur
Anwendung. In den Kathodenring 1 sind die Heizleiter 3, die koaxial oder verdrillt
verlaufen können, eingezogen. Die Anzahl der symmetrisch auf den Kathodenumfang
angeschweissten Halterungen 4 kann auf drei reduziert sein, die Halterungen bestehen
zweckmässigerweise aus einem elektrisch und thermisch isolierenden Material, beispielsweise
Keramik und vorzugsweise Magnesiumoxyd. Ausserdem kann der Querschnitt der lialterungen
kleiner gewählt werden, wodurch die unerwünschte Wärmeableitung zu den Eathodenstützpunkten
weiter reduziert wird.
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Gelangt eie direkt geheizte Wolframkathode zur Anwendung, dann wird
der Kathodenring beispielsweise aus einem Stück
Wolframblech herausgedreht
oder ausgestanzt, und die aus dem gleichen Blech hergestellten Heizstromzuleitungen
werden hochkant zum Kathodenring entweder an den Aussenrand oder auf eine Flachseite
bzw. auch auf beide Flachseiten des Kathodenrings angeschweisst.
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Die übliche Art der Widerstandsschweissung ist beim Anschweissen der
Heizstromzuleitungen an den Kathodenring nach der Erfindung nicht geeignet, da bei
Anwendung dieses Verfahrens eine Schweisselektrode die gekrümmte Seite des Kathodenrings
berühren würde. Die dabei auftretenden hohen Stromdichten würden zum Verschweissen
des Kathodenrings mit den Schweisselektroden führen.
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Zweckmässigerweise wird der erfindungsgemässe Kathodenring daher zum
Zwecke des Anechweissens der Heizstromzuleitungen in eine lehrenartige Vorrichtung
aus Kupfer mit zwei Backen gemäss Fig. 3 der Zeichnung eingespannt. Die lehrenartige
Vorrichtung bildet gewissmassen die Verlängerung der einen Schweisselektrode, die
ihrerseits dann den Kathodenring nicht mehr berührt. Dem Kathodenring wird auf diese
Weise der Schweißstrom über eine grosse Fläche zugeführt und gleichzeitig überschüssige
Wärme abgeführt, Der wesentliche Vorteil dieser Lehre besteht darin, dass der eingespannte
Kathodenring durch das Schweissen nicht bleibend verformt wird.
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Mittels einer der speziellen Form der Wehneltelektrode angepassten
Zentrierlehre kann dann die Kathode eingebaut werden.
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Sie ist danach ohne ein Vorglühen sofort betriebsbereit.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen ringförmigen Glühkathode
besteht darin, dass die Heizstromzuleitungen bei Erwärmung der Kathode ein grosses
Widerstandsmoment in Richtung der Symmetrieachse des Elektrodensystems und ein
kleines
Widerstandsmoment in radialer Richtung darbieten, so dass der Kathodenring trotz
thermischer Ausdçhnung der Heigstronzuleitungen seine Lage in Richtung der Symmetrieachse
beibehält und auch wegen der erfindungsgemässen zum Kathodenring tangentialen Anordnung
der Heizstromzuleitungen kreisförmig bleibt.
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Die symmetrische Befestigung der Hez Erozzuleitungen am Kathodenring
setzt die thermische Ausdehnung der Eeiastromzuleitungen 2 in eine kleine axiale
Drehung des Kathode rings 1 um, wobei die Zentrierung nicht geändert wird.
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Versuche mit einer mit Wechselstrom direkt geheizten Wolframkathode
aus 0,2 mm starkem Blech, deren Ring einen Innendurchmesser von 20 mm und einen
Aussendurchmesser von 21 mm hatte, ergaben oberhalb einer Temperatur von 15Q00 0
(schwarzer Strahler) keine mit einem Geilstrahlungapyrometer messbaren Temperaturunterschiede
auf dem Kathodenring. Daraus kann geschlossen werden, dass der von der Kathode durch
die Anode abgesaugte Strom von 4 Amp. längs des Umfangs des Kathodenrings gleichmässig
emittiert wurde. Vor und nach einem sechsstündigen Betrieb wurden die Einbaumaße
der Kathode unter einem Mikroskop mit 40-facher Vergrösserung kontrolliert. Da bei
der gegebenen Messgenauigkeit von 0,025 mm keine Abweichungen der Maße gegenüber
dem Einbauzustand feststellbar waren, müssen die Maßänderungen (gegebenenfalls auch
solche, die durch Rekristallisation bewirkt; sein könnten) kleiner gewesen sein
als die Messgenauigkeit.
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Patentansprüche