DE2415152B2

DE2415152B2 - Kathodenanordnung für eine Wanderfeldröhre

Info

Publication number: DE2415152B2
Application number: DE2415152A
Authority: DE
Inventors: Algerd Redondo Beach Calif. Basiulis (V.St.A.)
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1973-04-09
Filing date: 1974-03-29
Publication date: 1975-07-31
Also published as: GB1424167A; FR2224868A1; JPS503568A; NL7404189A; FR2224868B1; US3814974A; NL163665B; DE2415152A1; NL163665C

Description

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Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Er- Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist jede fol-Jindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung gende Windung 41 von der vorhergehenden Windung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei- 41a durch Warzen 45 getrennt, die von den Vorspiels. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu Sprüngen der Folie 41 gebildet werden. Die Spitzen entnehmenden Merkmale können bei anderen Aus- 5 46 der Warzen 45 machen einen minimalen Kontakt fahrungsformen der Erfindung einzeln für sich oder mit der vorhergehenden Windung, so daß nur eine zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung sehr kleine Wärmemenge durch Wärmeleitung über finden. Es zeigt die Warzen 45 von einer Windung zur anderen trans-

F i g. 2 teilweise in Seitenansicht und teilweise im portiert wird.

Längsschnitt eine Kathodenanordnung nach der Er- io Die Folie 41 hat eine polierte Innenfläche 47, so

findung und daß von der Kathode 10 emittierte Wärmestrahlung

F i g. 3 eine Draufsicht auf die Kathodenanordnung von dieser polierten Fläche reflektiert wird. Weiter-

nach Fi g. 2. hin besteht die Folie 41 aus einem Material mit ge-

Die in den Fig.2 und 3 dargestellte Kaihoden- ringem Strahlungsvermögen, das im wesentlichen

anordnung umfaßt eine Kathode 10, ein Heizelement 15 etwa ε = 0,1 beträgt, so daß nur eine geringe Wärme-

20 und zwei Wärmeschirme 40 und 50. Die Kathode menge abgestrahlt wird. Daher braucht die Außen-

10 und das Heizelement 20 sind ebenso ausgebildet fläche 48 der Folie 41 nicht auf Hochglanz poliert

wie bei der in F i g. 1 dargestellten bekannten Katho- zu sein. Das Folienmaterial hat auch eine geringe

denanordnung und sind mit den gleichen Bezugszei- Wärmeleitfähigkeit, so daß der Wärmetransport

chen versehen. Die beiden Wärmeschirme 40 und 50 20 durch Wärmeleitung in Längsrichtung der Folie von

bestehen jeweils aus einem mehrlagigen Wickel, der der innersten Windung zur äußersten Windung nur ge-

aus einer sehr dünnen Metallfolie hergestellt worden ring ist. Befriedigende Resultate werden erzielt, wenn

ist, die eine geringe Wärmeleitfähigkeit, ein geringes Materialien mit einem Wärmeleitungskoeffizienten

Strahlungsvermögen und eine polierte Oberfläche im Bereich von 0,111 bis 0,390 cal/cm² · ° C ■ s

aufweist. Der eine Wärmeschirm 40 ist an der äuße- »5 haben. Die Folie 41 ist sehr dünn, nämlich etwa

ren Umfangsfläche der Kathode 10 angebracht, wäh- 5 um, so daß die Querschnittsfläche, durch die Wärme

rend der andere Wärmeschirm 50 an der inneren geleitet werden kann, sehr klein ist und infolgedessen

Umfangsfläche der Kathode 10 angebracht ist. die Wärmeleitung begrenzt wird.

Der äußere Wärmeschirm 40 besteht aus einer Der zweite Wärmeschirm 50 ist dadurch hergedünnen, mit Warzen versehenen Metallfolie 41, die 30 stellt, daß eine Folie 51 an der Innenfläche der Kaan der Außenfläche der Kathode 10 befestigt und thode 10 befestigt und dann mehrfach spiralförmig mehrfach um die Kathode 10 herumgewickelt wor- in sich selbst gewickelt wurde. Die aufgewickelte den ist, so daß sie einen Wickel mit mehreren die Folie 51 ist an der Kathode 10 längs der Linie 52 Kathode spiralförmig umgebenden Lagen bildet. Der angeschweißt. Außerdem ist das äußere Ende längs innere Rand d^r Folie 41 ist an der Kathode 10 35 der Linie 53 festgeschweißt, um ein Aufwickeln des durch Schweißen oder Punktschweißen längs einer Wärmeschirmes zu verhindern. An Stelle einer Linie 42 befestigt. Ein Abwickeln der Folie 41 kann Schweißung kann auch eine gestrichelt angedeutete dadurch verhindert sein, daß entweder die äußerste Hülse 54 vorgesehen werden, die in den Wärme-Windung durch Schweißen oder Punktschweißen schirm eingeschoben wird, um die Folie an einem längs der Linie 43 befestigt oder durch eine ge- 40 Aufwickeln zu hindern. Der zweite Wärmeschirm 50 strichelt angedeutete Hülse 44 gehalten wird, die kann von der gleichen Art sein wie der erste Wärmeü er den Wärmeschirm 40 geschoben worden ist. Die schirm 40, d.h. aus einer dünnen, polierten und mit D.jke der Folie 41 beträgt bei der dargc teilten An- Warzen versehenen Metallfolie 51 bestehen, die eine Ordnung etwa 5 (im. Die Warzen können in einem geringe Wärmeleitfähigkeit und eine geringes Strahgeeigneten Mus'er angeordnet und so ausgebildet 45 lungsvermögen aufweist und in der gleichen Weise sein, daß ein kleiner Teil der Folienoberfläche über eine Wärmeisolierung bewirkt, wie die Folie, aus den Rest der Oberfläche übersteht. Die Warzen kön- der der erste Wärmeschirm 40 besteht. Es ist nicht nen von Grübchen oder napfförmigen Vertiefungen erforderlich, daß die beiden Wärmeschirme 40 und gebildet werden, die mittels Prägewerkzeugen herge- 50 gemeinsam verwendet werden, denn es ist mögstellt worden sind. Die Warzen können ar. jeder be- 50 lieh, daß in manchen Fällen einer der beiden Wärmeliebigen Seite der Folie angebracht sein. Bei dem schirme ausreicht.

dargestellten Ausführungsbeispiel stehen sie von der Einige geeignete Metalle zur Herstellung der Folie polierten Oberfläche 47 ab. Die Warzen können auch 41 und 51 sind nachstehend aufgeführt:
dadurch hergestellt sein, daß auf die Oberfläche der
Folie 41 Perlen aufgeschweißt werden. Die Anord- 55
nung der Warzen ist so gewählt, daß eine an den
Warzen anliegende Fläche im Abstand von der
Oberfläche gehalten wird, von der die Warzen abstehen, so daß die Wicklungen der mit Warzen versehenen Folie 41 getrennt sind. Der Scheitel eines 60 Rhenium
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, um so
besser ist die Wärmeisolierung. Gute Resultate wur- 65
den mit etwa 40 Windungen erzielt. Die Anbringung

zusätzlicher Windungen verbessert die Isoliereigen- Die oben angegebenen Werte für die Wärmeleit-

schaften nur noch unbedeutend. fähigkeit beziehen sich auf 0° C, während sich das

	Wärme	Strahlungs
	leitfähigkeit	vermögen (
	cal/cm³·⁰ C-s
Rhenium	0,111	0,40
Niobium	0,13	0,37
Tantal	0,13	0,22
Molybdän	0,32	0,15
Wolfram	0,39	0,175

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 Wärme, 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 Eingangsleistung, die benötigt wird, um die Kathode auf der Glühemissionstemperatur zu halten, um einen Betrag von 50 %> reduziert weiden kann. Tatsächlich wurde eine Kathodenanordnung nach den F i g. 2 und 3 mit einem äußeren Wärmeschild hergestellt, der aus 40 Windungen einer Molybdänfolie von 5 μίτι 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Leistung zum Betrieb der Kathodenanordnung be-

Patentansprihhe: nötigt. Der Zweck des obenerwähnten Schirmes besteht darin, den Leistungsbedarf zu reduzieren, in-1. Kathodenanordnung für eine Wanderfeld- dem von der Kathode und anderen Komponenten röhre mit einer Glühkathode, die aus einem 5 abgestrahlte Wärme auf die Kathode und diese Komemittierenden Teil und einem rohrförmigen Trag- ponenten zurückreflektiert wird. Jedoch leitet der teil für den emittierenden Teil besteht, einem in- Schirm (30) selbst Wärme an seine Umgebung ab nerhalb des Tragteiles nahe dem emittierenden und verursacht dadurch Leistungsverluste. Weiter-Teil angeordneten Heizelement und einem koaxial hin hat der Schirm (30) die Tendenz, zu vibrieren zur Kathode angeordneten Wärmeschirm, d a - io und kann dadurch mechanische und elektrische Funkdurch gekennzeichnet, daß der Wärme- tionsfehler der Anordnung verursachen. Demgemäß schirm (40) aus einem unmittelbar auf die Ka- ist diese bekannte Anordnung nicht ausreichend zuthode (10) aufgebrachten, mehrlagigen Wickel verlässig und kann deshalb dann nicht benutzt weraus einer dünnen Metallfolie (41) mit geringer den, wenn es auf hohe Zuverlässigkeit ankommt und Wärmeleitfähigkeit und geringem Süahlungsver- 15 eine nur beschränkte Leistung zur Verfügung steht, • mögen besteht, die eine pojierte, Wärme reflek- wie es bei in Raumfahrzeugen eingesetzten Wandertierende Oberfläche (47) und von einer bestimm- feldröhren der Fall ist.

ten Oberfläche (47) abstehende Vorsprünge (45) Es ist weiterhin aus der US-PS 28 88 592 eine

aufweist, die die einzelnen Lagen des Wickels Kathodenanordnung für Leuchtstoffröhren bekannt, trennen. »0 bei der der emittierende Teil von Metallwolle gebil-
2. Kathodenanordnung nach Anspruch 1, da- det wird. Die Metallwolle ist in einem Becher entdurch gekennzeichnet, daß der Wickel mit der halten, dessen Wände wärmeisolierend ausgebildet Kathode (10) verschweißt ist. sind. Der Isolator besteht au^c. mehreren wärmeisolie-
3. Kathodenanordnung nach Anspruch 1 renden Zylindern, die ineinander angeordnet und oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickel 25 durch Vorsprünge im Abstand voneinander gehalten von einer zylindrischen Hülse (44) umgeben ist. sind. Es ist jedoch schwierig, eine Anzahl dünnwan-
4. Kathodenanordnung nach einem der vor- diger Zylinder derart koaxial zueinander anzuordnen, hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie vibrationsfrei gehalten sind, insbesondere, daß ein Wickel an der Innenfläche und/oder an wenn eine solche Anordnung sehr hohen Temperatuder Außenfläche der Kathode (10) angebracht ist. 30 ren ausgesetzt wird, wie es bei Glühkathoden der
5. Kathodenanordnung nach einem der vorher- Fall ist. Die Kathoden von Leuchtstoffröhren bleigehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, ben dagegen auf relativ niedrigen Temperaturen, daß die Metallfolie (41) aus Rhenium, Niobium, Außerdem kommt es dort auf eine vibrationsfreie Tantal, Molybdän oder Wolfram besteht. Halterung nicht an. Endlich ist nicht ohne weiteres

35 ersichtlich, wie die bekannte Anordnung bei Katho-

denanordnungen für Wanderfeldröhren angewendet

werden könnte, die eine auf hohe Temperaturen zu bringende Glühkathode mit einem Heizelement auf-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kathoden- weisen.

anordnung für eine Wanderfeldröhre mit einer Glüh- 40 Aus der US-PS 23 91 927 ist es ferner bekannt, kathode, die aus einem emittierenden Teil und einem koaxial zu einer Kathodenanordnung einen dünnwanrohrförmigen Tragteil für den emittierenden Teil digen Metallzylinder anzuordnen, jedoch handelt es besteht, einem innerhalb des Tragteils nahe dem sich dort nicht um einen Wärmeschirm, sondern um emittierenden Teil angeordneten Heizelement und einen Kondensator, der zur Herstellung einer HF-einem koaxial zur Kathode angeordneten Wärme- 45 Kopplung zwischen der Elektrode einer Scheibenschirm. röhre und der Kathode dient. Dieser Zylinder dient

Eine bekannte Kathodenanordnung dieser Art ist also nicht der Wärmeabschirmung und ist auch beispielsweise in F i g. 1 der beigefügten Zeichnung keinen hohen Temperaturen ausgesetzt, so daß auch dargestellt. Diese Anordnung umfaßt eine Kathode diese Anordnung keinen Hinweis auf die Lösung der (10) mit einem emittierenden Teil in Form einer aus 50 Erfindungsaufgabe liefert.

Molybdän bestehenden Stirnwand (11), die eine Die Erfindungsaufgabe besteht darin, eine Ka-

emittierende konkave Oberfläche (12) und eine thodenanordnung der eingangs beschriebenen Art ebene, entgegengesetzte Fläche (13) aufweist, ein mit einer Wärmeabschirmung zu versehen, die kei-Tragteil (14) aus Molybdän, eine Kathodenhülse (16) nerlei Funktionsstörungen verursachen kann, so daß aus Tantal, die am Ende (15) des Tragteiles (14) an- 55 die Betriebssicherheit der Kathodenanordnung ergebracht ist, ein Heizelement (20), das eine Heiz- höht wird, und die außerdem zu einer tatsächlich wendel und Anschlüsse (22 und 23) aufweist, eine wirksamen Wärmeisolierung führt, durch die eine feuerfeste, isolierende Vergußmasse (21) für die erhebliche Verminderung der zum Betrieb der Ka-Heizwendel und einen zylindrischen, Wärme reflek- thodenanordnung benötigten Leistung erzielt wird,
tierenden Schirm (30), der die Kathode (10) umgibt. 60 Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch Der zylindrische Schirm (30) ist an den Punkten (31) gelöst, daß der Wärmeschirm aus einem unmittelbar durch Punktschweißen mit der Kathodenhülse (16) auf die Kathode aufgebrachten, mehrlagigen Wickel verbunden. aus einer dünnen Metallfolie mit geringer Wärme-

Die Stirnwand (11) der Kathode wird von dem leitfähigkeit und geringem Strahlungsvermögen beHeizelement (20) auf etwa 1000° C erwärmt, um eine 65 steht, die eine polierte, Wärme reflektierende Ober-Glühemission zu bewirken. Da zusammen mit der fläche und von einer bestimmten Oberfläche abKathode auch andere Bauteile auf etwa die gleiche stehende Vorsprünge aufweist, die die einzelnen La-Temperatur erwärmt werden, wird eine relativ große gen des Wickels trennen.