DEP0041094DA - Hochbelastbare Glühkathode mit Heizwendel für elektrische Entladungsröhren und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Glühkathoden für elektrische Entladungsgefäße und bezieht sich insbesondere auf eine indirekt geheizte Hochleistungskathode mit hoher Emissionstemperatur.

Bei verschiedenen Entladungsröhren, besonders für die Erzeugung kurzer Wellen, sowie bei getasteten Röhren oder Impulsröhren, Fernsehprojektionsröhren usw. wird eine hohe Emissionstemperatur in der Größenordnung von 1600° C gefordert, um den relativen Anteil der Aufheizung durch rücklaufende Elektronen oder durch Rückstrahlung zu verringern. Die Kathode soll diese hohe Temperatur bei möglichst geschlossener Oberfläche aufweisen. Sie soll ferner eine hohe spezifische Emission haben und gegenüber auftreffenden Ladungsträgern beständig sein. Für diese thermisch hoch belasteten Kathoden sind vielfach Metallfäden aus Wolfram verwendet worden. Diese direkt geheizten Metallkathoden mit oder ohne besondere Emissionsschicht erfüllen jedoch nicht die Bedingung einer möglichst hohen Oberflächenemission bezogen auf die Gesamtfläche der Kathode. Ein Aufbau der Kathode für indirekte Heizung scheitert bei den genannten hohen Temperaturen an geeigneten Isoliermitteln.

Es ist bekannt, röhrchenartige Kathoden herzustellen, indem auf einen Kerndraht ein thorierter Wolframdraht eng aufgewickelt und dieser mit Wolframpulver und einem Bindemittel bedeckt wird, worauf diese Schicht auf dem Wolframdraht festgesintert wird. Der Kerndraht wird dann auf chemischem Wege herausgelöst. Derartig hergestellte halb indirekt geheizte Kathoden, bei denen der Strom nicht den einzelnen Windungen folgt, sondern quer zu diesen durch die Anordnung fließt, haben jedoch einen verhältnismäßig kleinen Heizwiderstand, so daß bei den kurzen Baulängen sehr hohe Ströme erforderlich wären, um die genügenden Temperaturen zu erzeugen. Es ist auch ein Verfahren angegeben worden, bei dem ein gerade gespannter Heizdraht aus Wolfram mit einer Wolframwendel umwickelt wird, auf und zwischen deren Windungen eine Thoriumverbindung festgesintert wird. Auch hier wird der Kerndraht vom Strom durchflossen und der Widerstand dieses gerade gespannten Drahtes ist verhältnismäßig klein, so daß namentlich bei kurzer Baulänge ein sehr hoher Heizstrom erforderlich wäre.

Um diese Schwierigkeiten zu beseitigen, wird die Kathode gemäß der Erfindung so aufgebaut, daß sie bei geschlossener Oberfläche durch eine verhältnismäßig hochohmige Drahtwendel beheizt wird, wobei die Emissionsmasse selbst als wesentliches Aufbauelement der Kathode benutzt wird. Dabei kann der relativ hohe Widerstand der Masse als Querwiderstand zur Heizspule liegen.

Die Kathode besteht gemäß der Erfindung aus einer Wolframdrahtheizwendel, deren Windungen bei der fertigen Kathode einen kleinen Abstand voneinander haben und sich nicht berühren. Die emittierende Masse umkleidet innen und außen die einzelnen Windungen der Wendel, so daß eine röhrchenförmige oder zylindrische Kathode entsteht, die eine geschlossene Oberfläche aufweist. Die Emissionsmasse wirkt dann als Isolierschicht zwischen den stromdurchflossenen Teilen. Bei der Heizung kann der Strom gegebenenfalls auch die zwischen den Windungen der Wendel befindliche Thorium-Oxyd-Masse durchfließen, die als Querwiderstand zur Heizspule liegt. Zur Erhöhung der Leitfähigkeit kann auch eine besser leitende Masse hinzugefügt werden. Durch die Kapazität der einzelnen Windungen gegeneinander erreicht man eine Art Kettenleiter längs der Wendel, so daß der HF-Widerstand kleiner ist.

Bei der Herstellung der Kathode wird beispielsweise folgendermaßen vorgegangen:

Eine Wolframdrahtwendel 1, die in der Figur stark vergrößert dargestellt ist, wird auf einen Eisenkern dicht aufgewickelt und festgelegt. Die Wendel wird im Wasserstoffofen auf ca. 1100° C vorgeglüht. Der vom Kern abgenommene und nochmals auf 1900° C in Wasserstoff oder im Hochvakuum geglühte Draht wird in einem kleinen Spannrahmen festgeklemmt und dabei unter Ausnutzung der mechanischen Elastizität so weit auseinandergezogen, daß die einzelnen Windungen um ca. 0,6 mm voneinander getrennt sind.

Dann wird feingemahlenes Thorium-Oxyd, das in Butylacetat mit Kollodiumwolle-Zusatz aufgeschwemmt ist, aufgesprüht, und zwar derart, daß die einzelnen Windungen der Wendel eingehüllt werden. Wird nun der Längszug aufgehoben und die Kathode aus der Spannvorrichtung herausgenommen, so kehrt sie nur zum Teil in ihre alte Lage zurück, denn die zwischen den Gängen liegende Thorium-Oxyd-Paste 2 verhindert, daß die einzelnen Gänge sich berühren.

Die Korngröße der Paste in der Größenordnung von weniger als 1 My

und die Zusammensetzung ist so gewählt, daß ein gleichmäßiger Abstand zwischen den einzelnen Windungen der Wendel verbleibt.

Die Wendel wird in diesem Zustand während ca. 3 min auf 1800° C im Hochvakuum gesintert, wobei sich eine mechanische Verfestigung ergibt. Das ganze wirkt dann wie ein Röhrchen aus Thorium-Oxyd. Die Betriebstemperatur beträgt etwa 1600° C. Zur Vergrößerung der mechanischen Festigkeit kann ein hartgesintertes Röhrchen oder Stäbchen aus Thorium-Oxyd in das Innere der Kathode eingeführt werden, jedoch hat die Ausführungsform ohne den Kern den Vorteil, daß die Aufheizung rascher erfolgt.

Bei einer anderen Ausführungsform wird der gesamte Innenraum der Wendel mit Emissionspaste ausgefüllt, so daß ein zylindrischer Körper entsteht, der in seinem Inneren die Heizwendel enthält und außen eine verhältnismäßig glatte und geschlossene Oberfläche aufweist.

Die Wendel wird in die Entladungsröhre eingebaut, indem die freien Enden des Wolframdrahtes in einer Spann- oder Klemmvorrichtung befestigt werden.

Zweckmäßiger ist es, die Enden des Wolframdrahtes mit Trägern aus stärkerem Draht zu verschweißen, so daß ein guter Stromübergang zwischen der Halterung und dem Wendeldraht gesichert ist.

Claims (7)

1. Hochbelastbare Glühkathode mit Heizwendel für elektrische Entladungsröhren, dadurch gekennzeichnet, daß die emissionsfähige Masse bei geschlossener Oberfläche einen wesentlichen Bestandteil des mechanischen Aufbaues der Kathode bildet.

2. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emissionsmasse auf und zwischen den Gängen einer Drahtwendel angebracht ist und einen röhrchenförmigen oder zylindrischen Körper bildet.

3. Kathode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtwendel aus Wolfram und die emissionsfähige Masse aus Thorium-Oxyd besteht.

4. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emissionsmasse eine Isolationsschicht zwischen den stromdurchflossenen Teilen bildet.

5. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emissionsmasse mit einer relativ gut leitenden Masse, vorzugsweise in Pulverform gemischt ist.

6. Verfahren zur Herstellung einer Kathode nach Anspruch 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drahtwendel eng gewickelt wird und daß zwischen die auseinandergezogenen Windungen der Drahtwendel die emissionsfähige Masse gebracht wird und die Wendel bei Aufhebung des Längszuges nur zum Teil in ihre ursprüngliche Lage zurückkehrt.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel mit der aufgebrachten Emissionsmasse durch Sintern zu einem Röhrchen oder einem zylindrischen Körper verfestigt wird.