DE2415153B2 - Glühkathodenanordnung - Google Patents
GlühkathodenanordnungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Glühkathodenanordnung, insbesondere für Wanderfeldröhren, mit einer
Kathode, einem der Kathode benachbart angeordneten Heizelement und einer Anzahl in der Nähe der Kathode
und des Heizelements angeordneter Wärmeschirme.
Ein Beispiel fü- eine solche bekannte Glühkathodenanordnung
ist in F i g. 1 der Zeichnung dargestellt. Diese bekannte Glühkathodenanordnung umfaßt eine Kathode
10 mit einer emittierenden Stirnwand 11, die eine konkave, Elektronen emittierende Oberfläche 12 und
eine entgegengesetzte ebene Fläche 13 aufweist, einen Kathodenträger 14, eine Kathodenhülse 16, ein Heizelement
20 mit einer Heizwendel 21 und Anschlüssen 22 und 23, einer wärmefesten, isolierenden Vergußmaj>se
24 für die Heizwendel 21, einen zylindrischen, Wärme reflektierenden Schirm 30, der die Kathode und das
Heizelement umgibt, und eine zweite Wärme reflektierende Anordnung 40, die aus drei im Abstand voneinander
angeordneten, Wärme reflektierenden Schirmen 41 besteht, die im Endbereich 17 der Kathodenanordnung
angebracht sind. Die einzelnen Schirme 41 sind durch isolierende, rohrförmige Abstandshalter 42 getrennt,
durch welche die Anschlüsse 22 und 23 hindurchlaufen. Der zylindrische Schirm 30 ist an Stellen
31 mit der Kathodenhülse 16 verbunden. Eine keramische Isolierscheibe 25 schließt den Endbereich 17 der
Kathodenanordnung ab.
Die Stirnwand 11 der Kathode wird von dem Heizelement
20 auf etwa 1000°C erwärmt, um eine Glühe- ^
mission von Elektronen aus der Kathode zu bewirken. Da außer der Kathode auch andere Bauteile auf etwa
die gleiche Temperatur erwärmt werden, wird zum Bc-
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trieb einer solchen Kathodenanordnung eine relativ hohe Leistung benötigt. Der Zweck der Warmesdiirme
besteht darin, den Leistungsbedarf zu reduzieren, indem von der Kathode und anderen Komponenten abgestrahlte
Wärme auf die Kathode reflektiert wird. Dlt Schirm 30 wird jedoch selbst Wärme an seine Umge-'
bung ableiten und dadurch Wärmeverlusie verursachen.
Weiterhin haben bei der bekannten Kathodenanordnung die Schirme 30 und 41 die Tendenz zu schwingen,
wodurch sie mechanische und elektrische Störungen verursachen können. Demgemäß ist diese bekannte
Kathodenanordnung nich> ausreichend zuverlässig und kann dann nicht benutzt werden, wenn eine hohe Zuverlässigkeit
verlangt wird, jedoch nur eine begrenzte Leistung zur Verfügung steht, wie es bei der Anwendung
von Wanderfeldröhren in Raumfahrzeugen der Fall ist.
Eine Glühkathodenanordnung der vorstehend beschriebenen Art ist im wesentlichen auch aus der
US-PS 25 18 879 bekannt. Auch hier ist ein zylindrisch zur Kathodenanordnung angebrachtes Wärmeschild
vorgesehen, das die gleichen Mängel aufweist wie das Wärmeschild bei der vorstehend behandelten Glühkathodenanordnung.
Weiterhin ist aus der US-PS 28 88 592 eine Glühkathode bekannt, bei der die Elektronenemission
von einer unmittelbar durch Stromdurchgang zum Glühen gebrachten Metallwolle stattfindet,
die in einem wärmeisolierenden Becher angeordnet ist. Hier bildet also die Wärmeabschirmung
einen integrierenden Bestandteil der Kathodenanordnung, wie er bei Glühkathodenanordnungen der eingangs
beschriebenen Art, die eine Kathode und ein besonderes Heizelement aufweisen, nicht möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aulgabe zugrunde, eine Glühkathodenanordnung der eingangs beschriebenen
Art so zu verbessern, daß ihre Zuverlässigkeit und ihre Wirksamkeit erhöht wird.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Wärmeschirme wenigstens eine Schichtanordnung
bilden, die aus einander abwechselnden, verschiedenartigen Schirmen besteht, die dicht beieinander
angeordnet und aneinander befestigt sind, und daß von den Schirmen wenigstens einer eine Wärme reflektierende
Oberfläche und ein geringes Strahlungsvermögen und ein anderer eine geringe Wärmeleitfähigkeit
besitzt.
Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung werden im folgenden an Hand der in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. 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
F i g. 2 einen Längsschnitt durch eine Glühkathodenanordnung nach der Erfindung,
F i g. 3 eine Draufsicht auf die Glühkathodenanordnung nach F i g. 2 und
F i g. 4 einen kängsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer Glühkathodenanordnung nach der Erfindung.
Die Glühkathodenanordnung nach den F i g. 2 und 3 umfaßt eine Kathode 10 und ein Heizelement 20. die
beide ebenso ausgebildet sind wie bei der oben beschriebenen bekannten Glühkathodenanordnung nach
Fig. 1, und als Wärmeschirm eine Schichtanordnung 50, welche die Außenflache der Kathode 10 umgibt. Die
Schichtanordnung 50 besteht aus einer Anzahl zylindri-
scher, wärmeisolierender und reflektierender Lagen. die einander abwechseln. Die erste Lage, die mit der
Außenfläche der Kathode 10 in Berührung steht, ist ein wärmebeständiger Schirm mit gutem Wärmeisolationsvermögen.
Der Schirm 51'kann aus Metallfasern, Sintermetall
oder geschäumtem Metall bestehen, beispielsweise Nickel. Metallfasern widerstehen den hohen
Temperaturen, die für eine Glühemission erforderlich
sind, und haben eine relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit. Ein Metall in Form relativ langer Fasern, die einen
relativ kleinen Querschnitt und eine relatn große Länge zwischen benachbarten Fasern haben, hüben eine
relativ schlechte Wärmeleitung. Mit »Länge zwischen benachbarten Fasern« ist der Abstand längs, einer bestimmten
Faser zwischen Kontaktsteller; mit anderen Fasern gemeint. Ein gesintertes Fasermetall, das von
der Firma Huyck Metals Company unter dem Warenzeichen »Feltmetal« verkauft wird, hat sich als befriedigend
erwiesen.
D.'C zweite Lage, welche die erste Lage 51 umgibt, ist
ein Wärme reflektierender Schirm 52, der -ine polierte innenfläche 52/4 aufweist, die jegliche auf sie einfallende
Wärme reflektiert. Der Wärme reflektierende Schirm 52 kann aus einer dünnen Metallfolie bestehen,
die aus einem Metall mit. geringer Wärmeleitfähigkeit und geringem Emissionsvermögen hergestellt ist, wie
beispielsweise Molybdän. Eine Folie mit einer Dicke von etwa 12μπι wird wegen ihrer relativ kleinen Masse
und der resultierenden geringen Wärmekapazität bevorzugt. Ein Wärmeschirm mit einer polierten Innenfläche
52Λ wird einen erheblichen Anteil der auf diese Fiäche einfallenden Wärmestrahlung reflektieren.
Wenn dieser Schirm auch ein geringes Strahlungsvermögen aufweist, wird von seiner Außenfläche 52ß auch
nur eine geringe Wärmemenge emittiert. Wie oben angegeben, ist um den reflektierenden Schirm 52 eine
dritte Lage gewickelt, um die Wärmeisolierung weiter zu verbessern. Diese dritte Lage ist wieder ein wärmeisolierender
Schirm 51, der ebenso ausgebildet ist wie der oben beschriebene erste wärmeisolierende Schirm 4c
51.
Um die dritte Lage kann eine vierte Lage gewickelt sein, die ebenso wie die oben beschriebene zweite Lage
ein reflektierender Schirm 52 ist, um die Isolierung weiter zu verbessern.
Es sei betont, daß die einen Wärmeschirm bildende Schichtanordnung 50 aus so viel einzelnen Schirmen 51
und 52 bestehen kann, wie es erforderlich ist, um die gewünschte Wärmeisolierung zu erzielen, oder Raum
in der Elektronenkanone vorhanden ist. in der die Glühkathodenanordnung benutzt werden soll. Die
Schichtanordnung muß jedoch wenigstens aus einem isolierenden Schirm 51 und einem reflektierenden
Schirm 52 bestehen. Sie brauchen nicht in der beschriebenen Folge angeordnet zu sein, sondern können auch
gegeneinander ausgetauscht werden.
Die Schichtanordnung 50 kann an der Kathode 10 auf jede geeignete Weise befestigt sein. Die einzelnen
Schirme 51 und 52 können nacheinander durch Punktschweißen oder durch Anbringen einer rohrförmigen
Hülse 53, die gestrichelt angedeutet ist, über dem äußeren Schirm befestigt sein. Eine andere geeignete Methode
zum Anbringen der Schichtanordnung 50 besteht darin, die einzelnen Schirme 51 und 52. in ebenem, abgewickeltem
Zustand aufeinander zu schichten und 6S dann zusammen im Vakuum bei einer Temperatur zwischen
9000C und 1000°C durch Sintern zu verbinden.
Der gesinterte Schichtstoff kann dann .ils .Schichtanordnung
50 urn die Kathode 10 gewickelt und durch Punktschweißen befestigt werden.
Die Draufsicht nach F i g. 3 zeigt, wie die Kathode 10 von der Schichtanordnung 50 umgeben ist, die aus den
einzelnen Schirmen 51 und 52 besteht. Die Schichtanordnung 50 ist mit der Kathode 10 durch Punktschweißen
längs einer Linie verbunden, die sich in der Zeichnung von o'ben nach unten zwischen den Punkten 54
und 55 erstreckt. F i g. 3 zeigt ebenfalls die Hülse 53, die anstatt einer Schweißung zum Befestigen der Schichtanordnung
VCi wendel werden kann und die dann die
Schichtanordnung, diese umgebend, durch Reibung am Platze hält.
Die in Fig.4 dargestellte weitere Ausführungsfonn
der Erfindung umfaßt wiederum eine Kathode 10 mit einem Heizelement 20, das in eine isolierende Vergußmasse
24 eingeschlossen ist, und einen von einer Schichtanordnung 60 gebildeten Wärmeschirm. Die
Kathode 10, das Heizelement 20 und die die Heizwendel 21 umgebende Vergußmasse 24 sind ebenso ausgebildet
wie bei den Kathodenanordnungen nach den F i g. i und 2 und sind daher mit den gleichen Bezugs-/iffern
versehen. Die Anschlüsse 22 und 23 des Heizelements erstrecken sich von der Heizwendel 21 durch die
keramische Isolierscheibe 25 über den Endbereich 17 der Kathode 10 hinaus, um das Herstellen elektrischer
Verbindungen zu ermöglichen. Rohrförmige, elektrisch isolierende Abstandshalter 70 sind auf die Anschlüsse
22 und 23 aufgeschoben. Sie bestehen aus einem geeigneten feuerfesten Material, das Temperaturen über
10000C widerstehen kann, wie beispielsweise Keramik. Die scheibenförmig ausgebildete Schichtanordnung 60
weist an zwei einander diametral gegenüberliegenden Stellen Löcher 67 auf, welche die Oberflächen der
Scheibe verbinden und die die beiden Abstandshalter
70 aufnehmen. Die Abstandshalter 70 haben an ihrem der Heizwendel 21 zugewandten Ende eine Schulter 71.
deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser der Löcher 67, so daß die Abstandshalter mit den Schultern
71 an der der Heizwendel 21 zugewandten Seite der scheibenförmigen Schichtnnordnung anliegen. Rohrförmige.
elektrisch isolierende Abstandshalter 75. deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser der Löcher
67 in der Schichtanordnung 60, sind auf die Anschlüsse 22 und 23 des Heizelementes aufgeschoben
und liegen an der Rückseite der Schichtanordnung 60 an. Diese Abstandshalter 75 können aus dem gleichen
Material bestehen wie die anderen Abstandshalter 70. Die Schichtanordnung 60 und die Abstandshalter 70
und 75 werden auf den Anschlüssen 22 und 23 des Heizelements durch Haltestege 66 gehalten, die an den
mit Schultern versehenen Enden der einen Abstandshalter 70 und neben den anderen Abstandshaltern 75
angeschweißt sind.
Das von der Schichtanordnung 60 gebildete Wärmeschild besteht aus einer Anzahl wärmeisolierender und
wärmereflektierender Schichten, die einander abwechseln, wie es bei der oben behandelten Schichtanordnung
50 der Fall war. Die erste Schicht, die der Heizwende 21 benachbart ist, ist ein reflektierender Schirm
61. der aus dem gleichen Material besteht wie der an Η:ίκ1 F i g. 2 beschriebene reflektierende Schirm 52.
Die /weite Schicht ist ein isolierender Schirm 62, der aus dem gleichen Material besteht wie der oben an
Hand F i g. 2 beschriebene reflektierende Schirm 51. Die dritte Schicht ist erneut ein reflektierender Schirm
61. die vierte Schicht ein wärmeisolierender Schirm 62 und die fünfte Schicht erneut eir. Warme icflckiiciuii-
der Schirm 61. Es sei betont, daß zusätzliche Schirme
61 und 62 benutzt werden können, um die wärmeisolierenden Eigenschaften des von der Schichtanordnung 60
gebildeten Wärmeschirmes zu verbessern. Die Kombi nation aus wenigstens einem reflektierenden Schirm 61
und einem isolierenden Schirm 62 kann als elementare: Ausführungsform einer Schichtanordnung 60 betrachtet
werden.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Glühka thodcnanordnung soll nun an Hand der Ausführungsbeispiele nach den F i g. 2, 3 und 4 beschrieben werden.
Den Anschlüssen 22 und 23 des Heizelements wird Energie zugeführt, damit das Heizelement eine Glühtemperatur
von etwa 1000°C annimmt. Das Heizelement erwärmt die gesamte Kathode 10 und deren
Tragstruktur auf etwa die gleiche Temperatur. Die Außenflächen der Kathode 10 strahlen Wärme an ihre
Umgebung ab. Der von der Schichtanordnung 50 gebildete Wärmeschirm reduziert bedeutend die Wärmemenge,
die auf diese Weise abgestrahlt wird. Die erste Lage der Schichtanordnung 50 ist der wärmeisolierende
Schirm 51, der eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist und infolgedessen nur eine geringe Menge der
Wärme an die zweite Lage, also den Wärme reflektierenden Schirm 52, weiterleitet. Ein wesentlicher Teil
der Strahlungswärme, der auf die Innenfläche des reflektierenden Schirmes 52 auftrifft, wird von dieser zurück
zur Kathode 10 reflektiert. Der reflektierende Schirm 52 hat ebenfalls eine geringe Wärmeleitfähigkeit
und wird daher nur eine geringe Wärmemenge von ihrer Innenfläche an ihre Außenfläche übertragen. Die
dritte und die vierte Lage der Schichtanordnung 50 wirken im wesentlichen in der gleichen Weise, wie es
vorstenena tür die von den Schirmen 51 und 52 gphildcten
Lagen beschrieben worden ist.
Einer der Vorteile der vorstehend beschriebenen Schichtanordnung 50 beslchi darin, daß der Wärmeschirm
auch während Zeiten, während denen sie starken mechanischen Vibrationen ausgesetzt ist. selbst
nicht Schwingungen ausführen kann. Da die Schichtanordnung die Kathode 10 auf ihrer ganzen Länge unmittelbar
umgibt, ist sie ausreichend getragen, um Vibrationen zu verhindern und Kurzschlüsse zu vermeiden.
Trotzdem gewährleistet sie eine erhebliche Wärmeiso·
ίο lierung.
Das Heizelement 20 der Kathode strahlt Wärme axial zur Kathode 10 ab. Die Schichtanordnung 60 vermindert
erheblich die Wärmemenge, die vom Endbereich 17 der Kathode 10 abgestrahlt wird. Die Wirkungsweisc
der Schichlanordnung 60 im Innern der Kathode 10 ist im wesentlichen die gleiche wie die
oben beschriebene Wirkungsweise der die Kathode umgebenden Schichtanordnung 50. Da die Wärme reflektierenden
Schirme 61 durch starre, wärmeisolierende Schirme 62 getrennt sind, sind auch sie nicht in der
Lage zu vibrieren, so daß die Gefahr, daß die Anschlüsse 22 und 23 des Heizelements elektrisch miteinander
kurzgeschlossen werden, im wesentlichen ausgeschlossen ist.
Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß durch die Erfindung eine einfache und zuverlässige, wärmeisolierte
Glühkathodenanordnung geschaffen wird. Weiterhin wird bei Anwendung der erfindungsgemäßen Glühkathodenanordnung
die Leistung um ein erhebliches Maß vermindert, die erforderlich ist, um die Kathode bei
Glühtemperatur zu halten. Bei einer nach den F i g. Ί
und 4 ausgebildeten Glühkathodenanordnung wurde tatsächlich eine Erhöhung des Wirkungsgrades uir
30% fci^c
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Glühkathodenanordnung, insbesondere für Wanderfeldröhren, mit einer Kathode, einem der
Kathode benachbart angeordneten Heizelement und einer Anzahl in der Nähe der Kathode und cies
Heizelements angeordneter Wärmeschirme, d a durch gekennzeichnet, daß die Wärmeschirme
wenigstens eine Schichtanordnung (50, 60) bilden, die aus einander abwechselnden, verschiedenartigen
Schirmen besteht, die dicht beieinander angeordnet und aneinander befestigt sind, und daß
von den Schirmen wenigstens einer (52, 61) eine Wärme reflektierende Oberfläche (52Λ) und ein ge- >5
ringes Strahlungsvermögen und em anderer (51, 62) eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt.
2. Glühkathodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (51, 62) mit
geringer Wärmeleitfähigkeit jus einem Metallfaser-Werkstoff
besteht.
3. Glühkaihodenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichne!, daß die Schicnianordnung
(50) unmittelbar an der Kathode (10) befestigt ist (F i g. 2).
4. Glühkathodenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schichtanordnung (50) aus zylindrischen, konzentrisch zueinander angeordneten, abwechselnd
Wärme reflektierenden und schlecht Wärme leitenden Schirmen (52 und 51) besteht, welche die
Kathode (10) und das Heizelement (20) umgeben.
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