DE2415152C3

DE2415152C3 -

Info

Publication number: DE2415152C3
Application number: DE19742415152
Authority: DE
Priority date: 1973-04-09
Filing date: 1974-03-29
Publication date: 1976-03-11

Description

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Au .f ahrungsbeispiels. Die der 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 zeigt

Fig.2 teilweise in Seitenansicht und teilweise im Längsschnitt eine Kathodenanordnung nach der Er- ig findung und

F i g. 3 eine Draufsicht auf die Kathodenanordnung nach F ig. 2.

Die in den F i g. 2 und 3 dargestellte Kathodenanordnung umfaßt eine Kathode 10, ein Heizelement 20 und zwei Wärmeschirme 40 und 50. Die Kathode 10 und das Heizelement 20 sind ebenso ausgebildet wie bei der in F i g. 1 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 Strahlup.gsvermögen und eine polierte Oberfläche aufweist. Der eine Wärmeschirm 40 ist an der äußeren Umfangsfläche der Kathode 10 angebracht, während der andere Wärmeschirm 50 an der inneren Umfangsfläche 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 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 μηι. 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 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 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 wurden mit etwa 40 Windungen erzielt. Die Anbringung zusätzlicher Windungen verbessert die lsolicrcigensr.haften 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 ε = 0,1 beträgt, so daß nur 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 0,390 cal/cm² · ⁰C · s haben. Die Folie 41 ist sehr dünn, nämlich etwa 5 iim, so daß die Querschnittsflächc, durch die Wärme geleitet werden kann, sehr klein ist und infolgedessen die Wärmeleitung begrenzt wird.

Der zweite Wärmeschirm 50 ist dadurch hergestellt, daß 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 53 festgeschweißt, um ein Aufwickeln des Wärnieschirmes zu verhindern. An Stelle einer Schweißung kann auch eine gestrichelt angedeutete Hülse 54 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 40, d. h. aus einer dünnen, polierten und mit Warzen versehenen Metallfolie 51 bestehen, die eine geringe Wärmeleitfähigkeit und eine geringes Strahlungsvermögen aufweist und in der gleichen Weise eine Wärmeisolierung bewirkt, wie die Folie, aus der der erste Wärmeschirm 40 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 Folie 41 und 51 sind nachstehend aufgeführt:

	Wärme	Strahlungs-
	leitfähigkeit	vermögen ε
	ca!/cm^3OCs
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

Die oben angegebenen Werte für die Wärmeleitfähigkeit bezichen sich auf 0° C, 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 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°/o reduziert werden kann. Tatsächlich wurde eine Kalhoden-S anordnung nach den Fig. 2 und 3 mit einem äußeren Wärmeschild hergestellt, der aus 40 Windungen einer Molybdänfolie von 5 |tm Dicke bestand. Die Versuche zeigten, daß eine Kathodenanordnung, die normalerweise 21,5 W Eingangsleistung brauchte, ίο 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

Claims

Leistung zum Betrieb der Kathodenanordnung bePatentansprüche: 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 zuriickreflektiert wird. Jedoch leitet der teil für den emittierenden Teil besteht, einem in- Schirm (30) selbst Wärme an seine Umgebung ab nerhalb des Tragtei'es 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 - ίο 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 Strahlungsver- 15 eine nur beschränkte Leistung zur Verfugung steht, mögen besteht, die eine polierte, 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. ^ao 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 aus mehreren wärmeisolie-

3. Kathodenanordnung nach Anspruch 1 renden Zylindern, die ineinander angeordnet und oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickel as 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- 4° 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-Teirmeratur erwärmt werden, wird eine relativ große gen des Wickels trennen.