DE2415152A1

DE2415152A1 - Kathodenanordnung fuer eine wanderfeldroehre

Info

Publication number: DE2415152A1
Application number: DE2415152A
Authority: DE
Inventors: Algerd Basiulis
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1973-04-09
Filing date: 1974-03-29
Publication date: 1974-11-21
Also published as: GB1424167A; FR2224868B1; NL163665C; JPS503568A; US3814974A; NL7404189A; FR2224868A1; NL163665B; DE2415152B2

Description

Anmelder; Stuttgart, 25. März 1974

Hughes Aircraft Company P 2856 S/nu

Centinela Avenue and

Teale Street

Culver City, Calif., V. St. A.

Kathodenanordnung für eine Wanderfeldröhre

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kathodenanordnung für eine Wanderfeldröhre mit einer Glühkathode, die aus einem emittierenden Teil und einem rohrförmigen Tragteil für den emittierenden Teil besteht, einem innerhalb des Tragteils nahe dem emittierenden Teil angeordneten Heizelement und einem koaxial zur Kathode, angeordneten Wärmeschirm.

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Sine bekannte Kathodenanordnung dieser Art ist beispielsweise in Fig. 1 der beigefügten Zeichnung dargestellt. Diese Anordnung umfaßt eine Kathode 10 mit einem emittierenden Teil in Form einer aus Molybdän bestehenden Stirnwand 11, die eine emittierende konkave Oberfläche 12 und eine ebene, entgegengesetzte Fläche 13 aufweist, ein Tragteil 14 aus Molybdän, eine Kathodenhülse 16 aus Tantal, die am Ende 15 des Tragteiles 14- angebracht ist, ein Heizelement 20, das eine Heizwendel und Anschlüsse 22 und 23 aufweist, eine feuerfeste, isolierende Vergußmasse 21 für die Heizwendel und einen zylindrischen, Wärme reflektierenden Schirm 30, der die Kathode 10 umgibt. Der zylindrische Schirm 30 ist an den Punkten 31 durch Punktschweißen mit der Kathodenhülse 16 verbunden.

Die Stirnwand 11 der Kathode wird vonddem Heizelement 20 auf etwa 1000⁰C erwärmt, um eine Glühemission zu bewirken. Da zusammen mit der Kathode auch andere Bauteile auf etwa die gleiche Temperatur erwärmt werden, wird eine relativ große Leistung zum Betrieb der Kathodenanordnung benötigt. Der Zweck des oben erwähnten Schirmes besteht darin, den Leistungsbedarf zu reduzieren, indem von der Kathode und anderen Komponenten abgestrahlte Wärme auf die Kathode und diese Komponenten zurückreflektiert wird. Jedoch leitet der Schirm 30 selbst Wärme an seine Umgebung ab und verursacht dadurch Leistungsverluste. Weiterhin hat der Schirm 30 die Tendenz zu vibrieren und kann dadurch mechanische und elektrische Funktionsfehler der Anordnung

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verursachen. Demgemäß ist diese bekannte Anordnung nicht ausreichend zuverlässig und kann deshalb dann nicht benutzt werden, wenn es auf hohe Zuverlässigkeit ankommt und eine nur beschränkte Leistung zur Verfügung steht, wie es bei in Raumfahrzeugen eingesetzten Wanderfeldröhren der Fall ist.

Es ist weiterhin aus der US-PS 2 888 592 eine Kathodenanordnung für Leuchtstoffröhren bekannt, bei der der emittierende Teil von Metallwolle gebildet wird. Die Metallwolle ist in einem Becher enthalten, dessen V/änae wärmeisolierend ausgebildet sind. Der Isolator besteht aus mehreren wärmeisolierenden Zylindern, die ineinander angeordnet und durch Vorsprünge im Abstand voneinander gehalten sind. Bs ist jedoch schwierig, eine Anzahl dünnwandiger Zylinder derart koaxial zueinander anzuordnen, daß sie vibrationsfrei gehalten sind, insbesondere, wenn eine solche Anordnung sehr hohen Temperaturen ausgesetzt wird, wie es bei Glühkathoden der Fall ist* Die Kathoden von Leuchtstoffröhren bleiben dagegen auf relativ niedrigen Temperaturen. Außerdem kommt es dort auf eine vibrationsfreie Halterung nicht an. Endlich ist nicht ohne weiteres ersichtlich, wie die bekannte Anordnung bei Kathodenanordnungen für Wanderfeldröhren angewendet werden könnte, die eine auf hohe Temperaturen zu bringende Glühkathode mit einem Heizelement aufweisen.

Aus der US-PS 2 391 92? ist es ferner bekannt, koaxial zu einer Kathodenanordnung einen dünnwandigen

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Metallzylinder anzuordnen, jedoch, handelt es sich aort nicht um einen Wärmeschirm, sondern um einen Kondensator, der zur Herstellung einer HF-Kopplung zwischen der Elektrode einer Scheibenröhre und der Kathode dient. Dieser Zylinder dient also nicht der Wärmeabschirmung und ist auch keinen hohen Temperaturen ausgesetzt, so daß auch, diese Anordnung keinen Hinweis auf die Lösung der ErJ:indungsaufgäbe liefert.

Die Erfindungsaufgabe besteht darin, eine Kathodenanordnung der eingangs beschriebenen Art mit einer Wärmeabschirmung zu versehen, die keinerlei Funktionsstörungen verursachen kann, so daß die Betriebssicherheit der Kathodenanordnung erhöht wird, und die außerdem zu einer tatsächlich wirksamen Wärmeisolierung führt, durch die eine erhebliche Verminderung der zum Betrieb der Kathodenanordnung benötigten Leistung erzielt wird.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Wärmeschirm aus einem unmittelbar auf die Kathode aufgebrachten, mehrlagigen Wickel aus einer dünnen Metallfolie mit geringer Wärmeleitfähigkeit und geringem Strahlungsvermögen besteht, die eine polierte, Wärme reflektierende Oberfläche und von einer bestimmten Oberfläche abstehende Vorsprünge aufweist, die die einzelnen Lagen des Wickels trennen.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung des, in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. Die der

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Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden, Es zeigen

Fig. 2 teilweise in Seitenansicht und teilweise im Längsschnitt eine Kathodenanordnung nach der Erfindung und

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Kathodenanordnung nach Fig. 2.

Die in~den Fig. 2 und j> dargestellte Kathodenanordnung umfaßt eine Kathode 10, ein Heizelement 20 und zwei Wärmeschirme 4-0 und 50. Die Kathode 10 und das Heizelement 20 sind ebenso ausgebildet wie bei der in Fig. dargestellten bekannten Kathodenanordnung und sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die beiden Wärmeschirme 40 und 50 bestehen jeweils aus einem mehrlagigen Wickel, der aus einer sehr dünnen Metallfolie hergestellt worden ist, die eine geringe Wärmeleitfähigkeit, ein geringes Strahlungsvermögen und eine polierte Oberfläche aufweist. Der eine Wärmeschirm 40 ist an der äußeren Umfangsflache der Kathode 10 angebracht, während der andere Wärmeschirm 50 an der inneren Umfangsflache der Kathode 10 angebracht ist.

Der äußere Wärmeschirm 40 besteht aus einer dünnen, mit Warzen versehenen Metallfolie 41, die an der Außenfläche der Kathode 10 befestigt und mehrfach um die

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Kathode 10 herumgewickelt worden ist, so daß sie einen Wickel mit mehreren, die Kathode spiralförmig umgebenden Lagen bildet. Der innere Rand der Folie 41 ist an der Kathode 10 durch Schweißen oder Punktschweißen längs einer Linie 42 befestigt. Ein Abwickeln der Folie 41 kann dadurch verhindert sein, daß entweder die äußerste Windung durch Schweißen oder Punktschweißen längs der Linie 43 befestigt oder durch eine gestrichelt angedeutete Hülse 44 gehalten wird, die über den Wärmeschirm 40 geschoben worden ist. Die Dicke der Folie 41 beträgt bei der dargestellten Anordnung etwa 5/um. Die Warzen können in einem geeigneten Muster angeordnet und so ausgebildet sein, daß ein kleiner Teil der Folienoberfläche über den Rest der Oberfläche übersteht. Die Warzen können von Grübchen oder napfförmigen Vertiefungen gebildet werden, die mittels Prägewerkzeugen hergestellt worden sind. Die Warzen können an jeder beliebigen Seite der Folie angebracht sein. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel stehen sie von der

polierten Oberfläche 47 ab. Die Warzen können auch dadurch hergestellt sein, daß auf die Oberfläche der Folie 41 Perlen aufgeschweißt werden. Die Anordnung der V/arzen ist so gewählt, daß eine an den Warzen anliegende Fläche im Abstand von der Oberfläche gehalten wird, von der die V/arzen abstehen, so daß die Wicklungen der mit Warzen versehenen Folie 41 getrennt sind. Der Scheitel eines typischen Vorsprungs ist vorzugsweise spitz oder scharf, so daß er nur einen sehr kleinen Bereich an der benachbarten Oberfläche berührt.. Je mehr Windungen um die Kathode herumgelegt sind, umso besser

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ist die Wärmeisolierung. Gute Resultate wurden mit etwa

40 Windungen erzielt. Die Anbringung zusätzlicher Windungen verbessert die Isoliereigenschaften nur noch unbedeutend.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist jede folgende Windung 41 von der vorhergehenden Windung 41a durch Warzen 45 getrennt, die von den Vorsprüngen der Folie

41 gebildet werden. Die Spitzen 46 der Warzen 45 machen einen minimalen Kontakt mit der vorhergehenden Windung, so daß nur eine sehr kleine Wärmemenge durch Wärmeleitung über die Warzen 45 von einer Windung zur anderen transportiert wird.

Die Folie 41 hat eine polierte Innenfläche 47, so daß von der Kathode 10 emittierte Wärmestrahlung von dieser polierten Fläche reflektiert wird. Weiterhin besteht die Folie 41 aus einem Material mit geringem Strahlungsvermögen, das im wesentlichen etwa f= 0,1 beträgt, so daß hur eine geringe Wärmemenge abgestrahlt wird. Daher braucht die Außenfläche 48 der Folie 41 nicht auf Hochglanz poliert zu sein. Das Folienmaterial hat auch eine geringe Wärmeleitfähigkeit, so daß der Wärmetransport durch Wärmeleitung in Längsrichtung der Folie von der innersten Windung zur äußersten Windung nur gering ist. Befriedigende Resultate werden erzielt, wenn Materialien mit einem Wärmeleitungskoeffizienten im Bereich von 0,111 bis 0,590 cal/cm².°G.s haben. Die Folie 41 ist sehr dünn, nämlich etwa 5/um, so daß die Querschnittsfläche, durch die Wärme geleitet werden kann, sehr

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klein ist und infolgedessen die Wärmeleitung begrenzt wird.

Der zweite Wärmeschirm 50 ist dadurch hergestellt, daü eine Folie 51 an der Innenfläche der Kathode 10 befestigt und dann mehrfach spiralförmig in sich selbst gewickelt wurde. Die aufgewickelte Folie 51 ist an der Kathode 10 längs der Linie 52 angeschweißt. Außerdem ist das äußere Ende längs der Linie 55 festgeschweißt, um ein Aufwickeln des Wärmeschirmes zu verhindern. Anstelle einer Schweißung kann auch eine gestrichelt angedeutete Hülse 5^ vorgesehen werden, die in den Wärmeschirm eingeschoben wird, um die Folie an einem Aufwickeln zu hindern. Der zweite Wärmeschirm 50 kann von der gleichen Art sein wie der erste Wärmeschirm 4-0, d. h. aus einer dünnen, polierten und mit V/arzen versehenen Metallfolie 51 bestehen, die eine geringe Wärmeleitfähigkeit und ein geringes Strahlungsvermögen aufweist und in der gleichen Weise eine Wärmeisolierung

bewirkt, wie die Folie, aus der der erste Wärmeschirm 4-0 besteht. Es ist nicht erforderlich, daß die beiden Wärmeschirme 40 und 50 gemeinsam verwendet werden, denn es ist möglich, daß in manchen Fällen einer der beiden Wärmeschirme ausreicht.

Einige geeignete Metalle zur Herstellung der Folien und 51 sind nachstehend aufgeführt:

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Rhenium Niobium Tantal

Molybdän Wolfram

rmeleitfähigkei	t Strahlungsver
cal/cm .⁰Cs	mögen έ
0,111	0,40
0,15	0,5?
0,15	0,22
0,52	0,15
0,59	0,1/5

Die oben angegebenen Werte für die Wärmeleitfähigkeit beziehen sich auf 0⁰C, während sich das Strahlungsvermögen auf eine Temperatur von 1000 C bezieht.

Da die Folien 41 und 51 eine hochglänzend polierte Innenfläche aufweisen, wird der größte Teil der von der Kathode 10 abgestrahlten Wärme auf die Kathode zurückreflektiert. Die V/ärme, die von den Wickeln absorbiert worden ist, wird jedoch nach außen abgestrahlt. Durch Verwendung eines Folienmaterials mit geringem Strahlungsvermögen, wie es oben angegeben worden ist, kann jedoch die Wärmeübertragung durch Strahlung und damit das Abstrahlen von Wärme von den Wärmeschirmen 40 und 50 auf ein Minimum reduziert werden.

Es wurde experimentell nachgewiesen, daß durch die Erfindung die ßingangsleistung, die benötigt wird, um die Kathode auf der Glühemissionstemperatur zu halten, um einen Betrag von 50 % reduziert werden kann. Tatsächlich wurde eine Kathodenanordnung nach den Fig., 2 und mit einem äußeren Wärmeschild hergestellt, der aus

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4-0 Windungen einer Molybdänfolie von 5/um Dicke bestand. Die Versuche zeigten, daß eine Kathodenanordnung, die normalerweise 21,5 W Eingangsleistung brauchte, nach Anbringen eines WärmeSchirmes mit dem soeben genannten Aufbau nur noch 13 >3 W Eingangsleistung brauchte und die Außentemperatur des WärmeSchirmes nur wenig über der Raumtemperatur lag.

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Claims

Patentansprüche

/1JKathodenanordnung für eine Wanderfeldröhre mit einer Glühkathode, die aus einem emittierenden Teil und einem rohrförmigen Tragteil für den emittierenden Teil besteht, einem innerhalb des Tragteiles nahe dem emittierenden Teil angeordneten Heizelement und einem koaxial zur Kathode angeordneten Wärmeschirm, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeschirm (40) aus einem unmittelbar auf die Kathode (10) aufgebrachten, mehrlagigen Wickel aus einer dünnen Metallfolie (41) mit geringer Wärmeleitfähigkeit und geringem Strahlungsvermögen besteht, die eine polierte, Wärme reflektierende Oberfläche (47) und von einer bestimmten Oberfläche (47) abstehende Vorsprünge (45) aufweist, die die einzelnen Lagen des Wickels trennen.

2. Kathodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickel mit der Kathode (10) verschweißt ist.

5. Kathodenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickel von einer zylindrischen Hülse (44) umgeben ist.

4. Kathodenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wickel an der Innenfläche und/oder an der Außenfläche der

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Kathode (10) angebracht ist.

5. Kathodenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daii die Metallfolie (4-1) aus Rhenium, Niobium, Tantal, Molybdän oder Wolfram besteht.

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