DE2449890B1 - Elektronenstrahlauffaenger fuer Laufzeitroehren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektronenstrahlauffänger für Laufzeitröhren, insbesondere Wanderfeldröhren, mit mehreren den Elektronenstrahl umgebenden metallischen Elektroden, die durch Isolierkörper (Distanzstücke) voneinander beabstandet sind (Mehrstufen-Kollektor), welche mit den von ihnen beabstandeten Elektroden in fester Verbindung stehen. Derartige Auffängerausführungen sind aus der DT-AS 12 73 703 oder der DT-OS 21 35 783 bekannt.

Bei thermisch hochbelasteten, von ihrer Umgebung elektrisch isolierten Auffängern kommt es zur Vermeidung von Leistungseinbrüchen oder gar Ausfällen entscheidend darauf an, die im Betrieb der Röhre entwikkelte Verlustwärme in ausreichendem Maße abzuleiten. Sind die Auffänger mehrstufig ausgebildet, so gestaltet sich die Wärmeabfuhr besonders schwierig, denn die Elektroden sind zusätzlich auch noch untereinander durch Isolierkörper getrennt, die naturgemäß schlechte Wärmeleiter darstellen und eine ungleichmäßige Wärmeverteilung längs der Auffängeroberfläche begünstigen. Dabei wäre gerade bei einem Mehrstufen-Kollektor ein guter Wärmeübergang zwischen den einzelnen Elektroden besonders wünschenswert, da die in den einzelnen Kollektorstufen umgesetzte Wärmemenge auch noch empfindlich von der Aussteuerung der Röhre abhängt, die Elektroden also schockartig schwankenden, rasch zu unzulässig hohen lokalen Temperaturgradienten führenden Hitze-Wechselbeanspruchungen ausgesetzt sind.

Verfestigt man die Distanzstücke flächig mit den Elektroden, so ist man wegen der verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten dieser Teile auf geringe Betriebstemperaturen an den Verbindungsstellen beschränkt; d. h., entweder kann die Röhre nur über eine allenfalls mittlere Ausgangsleistung verfügen (Röhrentyp mit Wendelleitung, DT-AS 12 73 703) oder es darf die Mehrzahl der Kollektorelektroden nur wenig belastet werden (nur eine einzige »Hauptelektrode« nimmt die Strahlelektronen auf, die übrigen »Nebenelektroden« fangen lediglich die Sekundärelektronen ab; DT-OS 21 35 783).

Man hat deshalb auch versucht, die einzelnen Elektroden durch ein Paket aus aufeinandergestapelten Isolierringen mit jeweils zwischengeordneten, flexiblen Metallagen zu trennen, wobei die Metallagen aus dem Paket nach außen herausgeführt und entweder mit den Elektroden direkt oder über einen weiteren, ebenfalls biegsamen Flansch mit diesen verbunden sind (US-PS 33 68 104). Die Isolierringe selbst sind dabei mit den Elektroden wegen der unterschiedlichen Wärmeausdehnung nicht verfestigt. Es ist klar, daß bei Auffängern dieser Bauart das Wärmetransportvermögen zwischen den einzelnen Elektrodenstufen sowie die Wärmeabgabe an den Außenmantel des Kollektors nicht günstig ist. Hinzu kommt, daß die Konstruktion äußerst fragil ist, da die Elektroden lediglich von den biegsamen Metallagen gehaltert werden; sie darf keiner mechanischen Belastung, insbesondere keinen Erschütterungen ausgesetzt werden. Schließlich bestehen die genannten Metallagen in der Regel aus magnetischen Werkstoffen, beispielsweise aus dem auch noch schlecht wärmeleitenden Kovar, deren Wärmeausdehnungsverhalten etwa dem von Aluminiumoxid oder Berylliumoxid entspricht; magnetische Störungen des Elektronenstrahls sollten jedoch im Bereich des Auffängers unbedingt vermieden werden.

Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit und des Wärmeabfuhrvermögens ist es schließlich aus der US-Patentschrift 36 62 212 (Fig. 3) bereits bekanntgeworden, die einzelnen Kollektorstufen insgesamt mit einer in sich stabilen Packung aus aufeinandergestapelten Keramikringen mit zwischengeordneten Kupferrippen zu umgeben, wobei die Rippen abwechselnd zu den Elektroden und zur Hülle führen.

Aber auch bei dieser etwas aufwendigen Anordnung kann der im wesentlichen nur längs der Rippen stattfindende Wärmeaustausch zwischen den einzelnen Elektroden noch immer nicht befriedigen.

Die Erfindung zielt darauf ab, einen Mehrstufen-Kollektor zu schaffen, der hohen Hitze-Belastungen und -Wechselbelastungen standhält, dabei mechanisch besonders robust ist, keine magnetischen Werkstoffe enthält und vergleichsweise einfach hergestellt werden kann. Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Auffänger der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Elektroden jeweils von einer Manschette mit einer im Vergleich zu den Elektroden kleinen Wärmeausdehnung umspannt sind, derart, daß die radiale Wärmeausdehnung der Elektroden der Wärmeausdehnung der mit den Elektroden verbundenen Distanzstücke angepaßt ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Auffängers sind in den weiteren Ansprüchen charakterisiert.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, hohen Hitzebelastungen ausgesetzte Metallelektroden nicht wie bisher über flexible Brücken mit den erforderlichen Isolatoren zu verbinden, sondern ihr Wärmeausdehnungsverhalten an das der isolierenden Distanzstücke nach Maßgabe von geeignet gestalteten Spannelementen anzupassen. Damit ist die Möglichkeit einer direkten, großflächigen Kontaktierung mit ausgezeichneter Wärmekommunikation gegeben. Die Manschette selbst leitet Wärme, wenn sie beispielsweise aus dem unmagnetischen Molybdän besteht, ebenfalls gut, so daß die Verlustwärme auf breiter Front auch an den Außenmantel abgegeben werden kann. Nicht zuletzt gibt der kompakte Verbund aus großflächig miteinander verfestigten, in sich massiven Teilen dem vorgeschlagenen Auffänger eine außerordentliche hohe mechanische Stabilität.

Der Einsatz von relativ formfesten Spannringen bei Kollektoren ist an sich nicht neu, vgl. hierzu die US-Patentschrift 35 86 100. In dieser vorbekannten Anordnung dient ein Kühlkörperkragen geringer Wärmeausdehnung dazu, zwischen dem eigentlichen Auffänger und einem den Auffänger umschließenden Kühlkörper einen stets guten Kontakt aufrechtzuerhalten. Es handelt sich dabei allerdings nicht um einen Mehrstufen-Kollektor, sondern um einen Auffänger auf Umgebungspotential; alle die Probleme, die von einer elektrischen Elektrodenisolation aufgeworfen werden und die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegen, treten dort nicht auf.

An Hand eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels soll nun die Erfindung in Verbindung mit der Figur der Zeichnung näher erläutert werden. In der Figur sind die zum Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Teile eines Auffängers, beispielsweise die elektrischen Zuleitungen, weggelassen.

Die Figur zeigt im Seitenschnitt einen Zweistufen-Kollektor, der für den Einsatz in einer Wanderfeldröhre gedacht ist. Dieser Auffänger ist zylindersymmetrisch ausgebildet, er enthält eine erste Elektrode 1, eine zweite Elektrode 2 sowie einen becherförmig ausgebildeten Auffängerboden 3. Die beiden Elektroden haben jeweils Trichterform und sind in Elektronen-Strahlrichtung — teilweise ineinander geschoben — hintereinander angeordnet. Jede Elektrode 1, 2 ist außerdem mit einer nach außen weisenden Auskragung 4 bzw. 6 versehen; beide Auskragungen sind durch einen Distanzring 7 voneinander beabstandet. Ringmanschetten 8, 9 aus Molybdän umspannen die Elektroden 1 bzw. 2 und liegen den jeweiligen Elektrodenauskragungen 4 bzw. 6 an. Die erste Elektrode 1 wird zusätzlich von einem ähnlich wie die Auskragung 4 geformten, an die Ringmanschette 8 anschlagenden Flansch 11 umfaßt. Ein weiterer, mit dem Isolierring 7 in den Durchmessern gleicher Isolierring (erster Isolierring) 12 ist dem Flansch 11 gegengesetzt. Der becherförmig gestaltete Auffängerboden 3 findet an der Ringmanschette 9 Anschlag und umschließt zugleich die hintere Elektrode 2. Alle Teile sind an ihren Berührungsflächen miteinander verlötet. Mit dem Isolierring 12 können weitere Flansche verbunden werden, die den gesamten Zweistufen-Kollektor in der übrigen Röhre zu befestigen gestatten.

Die geschilderte Kollektorausführung verfügt über eine extrem hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischen Einwirkungen, kann in allen ihren zylindersymmetrischen Einzelteilen vergleichsweise einfach hergestellt sowie bequem zusammengesetzt und verlötet werden. Alle Bestandteile sind über große Wärmeleitungsquerschnitte unter Verwendung sehr gut wärmeleitender Metalle miteinander verbunden. Da die Molybdänringe auch an ihrem Innendurchmesser durchgehend mit den Kupferteilen verlötet sind, kann auch die volle Molybdän-Ringfläche zum Wärmetransport beitragen. Das schwächste Glied in der Wärmeleitungskette dieser Anordnung sind die Isolierringe, meist aus AhOs-Keramik gefertigt. Da dieses Material ein schlechter Wärmeleiter ist, empfiehlt es sich, bei extremer Beanspruchung BeO-Keramik zu verwenden, die eine mehrfach bessere Wärmeleitung aufweist. Die mechanische Festigkeit, Temperaturfestigkeit und Wärmeschockfestigkeit der beschriebenen Ausführung wird noch dadurch gefördert, daß die Keramikringe jeweils mit Kupferringen (Auskragung bzw. Flansch) verbunden sind, die einerseits wegen ihrer Duktilität als Puffer dienen, andererseits von den Ringmanschetten an ihrer Ausdehnung gehindert werden, und sich somit an den Verbindungsstellen nur sehr geringe Scherkräfte ausbilden können. Die Keramik-Metall-Verbindungen bleiben auch langzeitlich vakuumdicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektronenstrahlauffänger für Laufzeitröhren, insbesondere Wanderfeldröhren, mit mehreren den Elektronenstrahl umgebenden metallischen Elektroden, die durch Isolierkörper (Distanzstücke) voneinander beabstandet sind (Mehrstufen-Kollektor), welche mit den von ihnen beabstandeten Elektroden in fester Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1, 2) jeweils von einer Manschette (8, 9) mit einer im Vergleich zu den Elektroden (1, 2) kleinen Wärmeausdehnung umspannt sind, derart, daß die radiale Wärmeausdehnung der Elektroden (1, 2) der Wärmeausdehnung der mit den Elektroden (1, 2) verbundenen Distanzstücke (7,12) angepaßt ist.

2. Mehrstufen-Kollektor nach Anspruch 1, mit ringförmigen Distanzstücken (Distanzringen) sowie zylindersymmetrischen, in Elektronenstrahlrichtung hintereinanderliegenden Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß den Elektroden (1, 2) jeweils mindestens eine nach außen weisende Auskragung (4,6) angeformt ist und die Distanzringe (7) unmittelbar zwischen die Auskragungen (4, 6) benachbarter Elektroden (1, 2) gesetzt und mit diesen verbunden sind.

3. Mehrstufen-Kollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrode (1, 2) von einer ringförmig ausgebildeten Manschette (Ringmanschette 8, 9) umspannt ist, die an der Auskragung (4, 6) Anschlag findet und auf ihrer ganzen Kontaktfläche mit der Elektrode (1, 2) verfestigt, vorzugsweise verlötet ist.

4. Mehrstufen-Kollektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrode (1, 2) nur eine angeformte Auskragung (4,6) aufweist und daß gegebenenfalls statt einer weiteren Auskragung ein mit der Elektrode unmittelbar verbundener formfester Flansch (11) vorgesehen ist.

5. Zweistufen-Kollektor nach Anspruch 4, mit einem als Hohlkörper geformten Auffängerboden, dadurch gekennzeichnet, daß in Elektronenstrahlrichtung gesehen ein erster Distanzring (12), ein Flansch der vorderen Elektrode (11), eine erste Ringmanschette (8), die Auskragung der vorderen Elektrode (4), ein zweiter Distanzring (7), die Auskragung (6) der hinteren Elektrode (2), eine zweite Ringmanschette (9) und der Auffängerboden (3) in der Reihenfolge ihrer Aufzählung hintereinandergesetzt und miteinander verfestigt sind, wobei der Auffängerboden (3) zugleich auch die hintere Elektrode (2) teilweise umgreift und mit dieser in fester Verbindung steht.