EP0361047B1

EP0361047B1 - Travelling wave tube

Info

Publication number: EP0361047B1
Application number: EP89114853A
Authority: EP
Inventors: Josef Ing.Grad. Hauser; Peter Ing. Mammach
Original assignee: Thomson Tubes Electroniques
Current assignee: Thales Electron Devices SA
Priority date: 1988-09-30
Filing date: 1989-08-10
Publication date: 1995-11-22
Anticipated expiration: 2009-08-10
Also published as: EP0361047A3; EP0361047A2; US5107166A; DE58909506D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laufzeitröhre gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Laufzeitröhre ist aus der DE-A- 22 13 185 bekannt. Dort wird eine Zentriermöglichkeit vorgesehen, indem zumindest ein Teil einer Bohrung im Kühlgehäuse nach dem Einbringen des Elektronenstrahlauffängers mit der gut wärmeleitfähigen isolierenden Masse ausgefüllt wird, nachdem der Elektronenstrahlauffänger in der Bohrung in radialer Richtung justiert wurde. Bei diesem Verfahren wird die elektrische Spannungsfestigkeit des Materials nicht voll ausgenützt, da beim Justieren des Auffängers in Umfangsrichtung unterschiedliche Wandstärken in der eingebrachten isolierenden Masse entstehen. Zudem besteht die Gefahr von Gaseinschlüssen beim Einbringen der Masse, welche zu Spannungsausfällen führen.The present invention relates to a delay tube according to the preamble of claim 1. Such a delay tube is known from DE-A-22 13 185. A centering possibility is provided there, in that at least part of a bore in the cooling housing is filled with the highly thermally conductive insulating mass after the introduction of the electron beam collector after the electron beam collector has been adjusted in the radial direction in the bore. In this method, the electrical dielectric strength of the material is not fully utilized, since when the catcher is adjusted in the circumferential direction, different wall thicknesses arise in the insulating mass introduced. There is also the risk of gas inclusions when the mass is introduced, which leads to voltage failures.

Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, besteht in einer spannungsfesten und gut wärmeleitenden Verbindung des Auffängers mit dem Kühlgehäuse einer Laufzeitröhre, insbesondere Wanderfeldröhre nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, die besonders temperaturfest gestaltet und einfach herstellbar ist.The object on which the present invention is based consists in a voltage-resistant and good heat-conducting connection of the interceptor to the cooling housing of a delay tube, in particular a traveling wave tube according to the preamble of claim 1, which is designed to be particularly temperature-resistant and easy to manufacture.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Der Zylinder soll dabei aus einem elastischen und in radialer Richtung zusammenpreßbaren Material bestehen. Der Zylinder soll durch die Wand der Bohrung zusammengepreßt und gegen den Elektronenstrahlauffänger gedrückt werden. Dadurch soll eine mechanisch feste Verbindung zwischen dem Gehäuse, dem Zylinder und dem Elektronenstrahlauffänger gewährleistet sein. Dies gilt im gesamten Temperatureinsatzbereich, auch im Falle von schnellen Temperaturänderungen. Der Temperatureinsatzbereich liegt bei derartigen Rohren beispielsweise bei 300°C, so daß zumindest zwischen Raumtemperatur und 300°C eine einwandfreie Haftung und eine sehr gute Wärmeleitung zwischen den drei beschriebenen Teilen gewährleistet sein muß. Als Stoffe für den Zylinder eignen sich temperaturfeste gummielastische Stoffe, elastische Stoffe mit geringer Porosität und geringer Härte. Gummielastische Stoffe weichen bei einseitiger Druckbelastung elastisch in eine beliebige, von der Druckrichtung verschiedene Richtung aus. Als besonders geeignet erwies sich Bornitrid. Dieser Stoff hat die erforderliche Elastizität, bleibt bis über 300°C (auch bis 1000°C) formstabil, ist hochisolierend und läßt sich im erforderlichen Rahmen in radialer Richtung zusammendrücken. Er hat außerdem eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit und ist so weich, daß er sich in die Rauhigkeiten der angrenzenden Oberflächen eindrücken läßt und somit gewährleitst, daß am Übergang zu den angrenzenden Materialien nur ein verschwindend kleiner Wärme-Übergangswiderstand auftritt.This object is achieved by the characterizing features of patent claim 1. The cylinder should consist of an elastic material that can be compressed in the radial direction. The cylinder is to be pressed through the wall of the bore and pressed against the electron beam collector. This is to ensure a mechanically firm connection between the housing, the cylinder and the electron beam collector. This applies to the entire temperature range, even in the case of rapid temperature changes. The temperature range for such pipes is, for example, 300 ° C., so that perfect adhesion and very good heat conduction between the three parts described must be ensured at least between room temperature and 300 ° C. Suitable materials for the cylinder are temperature-resistant rubber-elastic materials, elastic materials with low porosity and low hardness. Rubber-elastic fabrics elastically deflect in any direction different from the direction of pressure when one-sided pressure is applied. Boron nitride proved to be particularly suitable. This fabric has the required elasticity, remains dimensionally stable up to over 300 ° C (even up to 1000 ° C), is highly insulating and can be compressed in the required direction in the radial direction. It also has a particularly high thermal conductivity and is so soft that it can be pressed into the roughness of the adjacent surfaces and thus ensures that there is only a negligible thermal resistance at the transition to the adjacent materials.

Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Gegenstandes eignet sich insbesondere ein Verfahren, bei dem der Innendurchmesser des Zylinders etwas größer gewählt ist als der Außendurchmesser des Elektronenstrahlauffängers, bei dem der Durchmesser der Bohrung etwas kleiner gewählt ist als der Außendurchmesser des Zylinders, bei dem der Zylinder auf den Elektronenstrahlauffänger geschoben und auf einer ersten Temperatur gehalten wird, bei dem das Gehäuse auf eine im Vergleich zur ersten Temperatur höhere Temperatur erwärmt wird, so daß bei der höheren Temperatur der Durchmesser der Bohrung größer ist als der Außendurchmesser des Zylinders und bei dem der Elektronenstrahlauffänger mit dem Zylinder in die Bohrung des erwärmten Gehäuses eingeschoben wird. Beim Temperaturangleich der verschiedenen Teile entsteht eine Pressung des Zylinders, die Verbindung der Teile ist hergestellt. Sofern der Temperaturausdehnungskoeffizient des Elektronenstrahlauffängers und der des Kühlgehäuses annähernd gleich groß sind und/oder die Elastizität des Zylinders ausreicht, um die temperaturbedingten Durchmesseränderungen abzufangen, bleibt die Verbindung über den gesamten Temperaturbereich in gleichmäßiger Qualität erhalten. Hierin unterscheidet sich eine nach dem vorgeschlagenen Verfahren hergestellte Anordnung wesentlich von Anordnungen, bei denen ein Zylinder durch einen Spannvorgang gehalten wird, welche die Bohrung im Kühlgehäuse zusammendrückt. Bei einem Spannvorgang wird grundsätzlich eine Deformation des Gehäuses im Bereich der Bohrung erzeugt, wodurch der Zylinder festgeklemmt werden soll. Diese Deformation des Gehäuses hat zumindest eine ungleiche Spannungsverteilung im Zylinder zur Folge, welche bereits eine Unsymmetrie in der Wärmeableitung und in der Spannungsfestigkeit bewirkt. Beim Einsatz von relativ weichen Stoffen für den Zylinder, z.B. Kunststoff oder Kunststoffolien wird zusätzlich Material abgeschabt, sobald ein Spalt vorgesehen ist, welcher zur Verkleinerung der Bohrung zusammengepreßt wird. Bem Einsatz von Folien anstelle eines Zylinders, wie sie beispielsweise in der DE-C- 24 49 506 vorgeschlagen wird, ensteht eine deutliche Verringerung der Spannungsfestigkeit, welche nicht ohne weiteres aus der Querschnittsveränderung beim Zusammenpressen zu erklären ist.A method is particularly suitable for producing an object according to the invention in which the inside diameter of the cylinder is chosen to be somewhat larger than the outside diameter of the electron beam receiver, in which the diameter of the bore is chosen to be somewhat smaller than the outside diameter of the cylinder in which the cylinder is placed on the electron beam receiver is pushed and maintained at a first temperature at which the housing is heated to a higher temperature than the first temperature, so that at the higher temperature the diameter of the bore is larger than the outer diameter of the cylinder and at which the electron beam receiver with the cylinder is inserted into the hole in the heated housing. When the temperature of the various parts is adjusted, the cylinder is pressed, and the parts are connected. If the coefficient of thermal expansion of the electron beam collector and that of the cooling housing are approximately the same size and / or the elasticity of the cylinder is sufficient to absorb the temperature-related changes in diameter, the connection remains uniform over the entire temperature range Get quality. Here, an arrangement manufactured according to the proposed method differs significantly from arrangements in which a cylinder is held by a clamping process, which compresses the bore in the cooling housing. During a clamping process, a deformation of the housing is basically generated in the area of the bore, whereby the cylinder is to be clamped. This deformation of the housing results in at least an uneven voltage distribution in the cylinder, which already causes an asymmetry in the heat dissipation and in the dielectric strength. When using relatively soft materials for the cylinder, such as plastic or plastic films, additional material is scraped off as soon as a gap is provided, which is compressed to reduce the bore. When using foils instead of a cylinder, as is proposed, for example, in DE-C-24 49 506, there is a significant reduction in the dielectric strength, which cannot be explained easily from the change in cross-section when pressed together.

Das europäische Patent EP-A-0 259 606 beschreibt einen Elektronenstrahlauffänger für Laufzeitröhren, der von einer metallischen Vakumhülle umgeben ist und wobei zwischen der Vakumhülle und dem Elektronenstrahlauffänger zwei halbschalenförmige Isolierteile angeordnet und dort durch einen Klemmsitz gehalten sind. Zwei Längschlitze trennen die Isolierteile.European patent EP-A-0 259 606 describes an electron beam collector for runtime tubes which is surrounded by a metallic vacuum envelope and wherein two half-shell-shaped insulating parts are arranged between the vacuum envelope and the electron beam collector and are held there by a press fit. Two longitudinal slots separate the insulating parts.

Verwendet man eine Zylinder aus Bornitrid, so wird eine einwandfreie Fixierung des Auffängers im Kühlgehäuse erreicht, wenn vor dem Zusammenbau bei Raumtemperatur die Bohrung im Kühlgehäuse um ca. 3%o kleiner ist als der Außendurchmesser des Zyllinders und der Innendurchmesser des Zylinders um etwa 2%o größ er dimensionniert ist als der Außendurchmesser des Auffängers. Eine einfache Ausführung des Verfahrens ist gewährleistet, indem der Zylinder auf Raumtemperatur gehalten wird und indem das Gehäuse auf zumindest etwa 300°C erwärmt wird.If a cylinder made of boron nitride is used, the catcher is properly fixed in the cooling housing if the bore in the cooling housing is approx. 3% smaller than the outer diameter of the cylinder liner and the inner diameter of the cylinder by about 2% before assembly at room temperature. o it is larger than the outside diameter of the catcher. A simple implementation of the method is ensured by keeping the cylinder at room temperature and by heating the housing to at least about 300 ° C.

Die Erfindung wir nun anhand von zwei Figuren näher erläutert. Sie ist nicht auf das in den Figurer gezeigte Beispiel beschränkt.The invention will now be explained in more detail with reference to two figures. It is not limited to the example shown in the figures.

Fig. 1 zeigt einen Electronenstrahlauffänger mit aufgeschobenem Zylinder.Fig. 1 shows an electron beam receiver with a cylinder pushed on.

Fig. 2 zeigt dieselbe Einheit mit aufgeschrumpftem Kühlgehäuse in teilweise geschnittener Ansicht.Fig. 2 shows the same unit with shrink-fitted cooling housing in a partially sectioned view.

Ein Elektronenstrahlauffänger 1 ist an einer Wanderfeldröhre 2 angebracht. Ein Zylinder 3 ist auf den Auffänger 1 aufgeschoben. Die Bohrung 6 im Zylinder 3 weist einen Durchmessersprung auf und bildet so einen Anschlag 4, an dem der Elektronenstrahlauffänger 1 anliegt. Diese Anordnung wird auf einer niedrigen Temperatur, vorzugsweise Raumtemperatur gehalten.An electron beam collector 1 is attached to a traveling wave tube 2. A cylinder 3 is pushed onto the catcher 1. The bore 6 in the cylinder 3 has a jump in diameter and thus forms a stop 4 against which the electron beam collector 1 rests. This arrangement is kept at a low temperature, preferably room temperature.

Auf den Zylinder 3 ist ein Kühlgehäuse 5 mit einer Bohrung 7 in erwärmtem Zustand in Pfeilrichtung aufgeschoben. Nach dem Aufschieben gleichen sich die Temperaturen der Teile 1 bis 5 aneinander an, ein Preßsitz der geforderten Qualität entsteht.A cooling housing 5 with a bore 7 in the heated state is pushed onto the cylinder 3 in the direction of the arrow. After being pushed on, the temperatures of parts 1 to 5 equalize, a press fit of the required quality is created.

Als Material für den Zylinder 3 eignet sich insbesondere Bornitrid, welches alle Rauhigkeiten in der Bohrung 7 des Kühlgehäuses 5 bzw. in der Oberfläche 8 des Elektronenstrahlauffängers 1 ausfüllt und daher einen besonders geringen Wärme-Übergangswiderstand zwischen den Teilen 1, 3 und 5 gewährleistet. Das Bornitrid stellt einen hochwertigen Isolator dar. In Achsrichtung werden Überschläge vermieden, indem die axiale Ausdehnung des Zylinders um entsprechende Isolierstrecken größer ist, als die axiale Ausdehnung des Elektronenstrahlauffängers. Der Außendurchmesser des Zylinders liegt vorteilhaft zwischen etwa 10mm und 20mm, z.B. bei 15mm in Verbindung mit einem Innendurchmesser des Zylinders von etwa 12mm.Particularly suitable as material for the cylinder 3 is boron nitride, which fills all the roughness in the bore 7 of the cooling housing 5 or in the surface 8 of the electron beam collector 1 and therefore ensures a particularly low heat transfer resistance between parts 1, 3 and 5. The boron nitride is a high-quality insulator. In the axial direction, flashovers are avoided in that the axial extension of the cylinder is larger by appropriate insulation distances than the axial extension of the electron beam receiver. The outer diameter of the cylinder is advantageously between about 10mm and 20mm, e.g. at 15mm in connection with an inner diameter of the cylinder of about 12mm.

Claims

Velocity-modulated tube (2), in particular travelling-wave tube, the electron catcher (1) of which is surrounded by an electrically insulating component (3) having good thermal conductivity, this component being inserted into a bore (7) of a cooling housing (5) and held there by a clamping seat, as a result of which the component is connected in mechanically firm fashion and with good thermal conductivity to the electron beam catcher, characterized in that the component is a radially compressible hollow cylinder made of an elastic material, in particular boron nitride, in that the hollow cylinder is compressed by the wall of the bore (7) and pressed against the electron beam catcher (1), and in that the mechanically firm connection between the housing, the hollow cylinder and the electron beam catcher is thereby guaranteed.
Velocity-modulated tube according to Claim 1, characterized in that the hollow cylinder is composed of an insulating material of low porosity.
Velocity-modulated tube according to one of Claims 1 and 2, characterized in that the hollow cylinder is composed of a material having low hardness.
Velocity-modulated tube according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the hollow cylinder is composed of a material which remains shape-stable at least up to a temperature of approximately 300°C.
Method for producing a velocity-modulated tube according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the inside diameter of the hollow cylinder (3) is selected to be somewhat larger than the outside diameter of the electron beam catcher (1), in that the diameter of the bore (7) of the cooling housing is selected to be somewhat smaller than the outside diameter of the hollow cylinder (3), in that the hollow cylinder is inserted onto the electron beam catcher (1) and kept at a first temperature, in that the cooling housing (5) is heated to a temperature which is higher than the first temperature, in that the diameter of its bore (7) is larger at the higher temperature than the outside diameter of the hollow cylinder (3), and in that the electron beam catcher is inserted with the hollow cylinder into the bore of the hotter cooling housing.
Method according to Claim 5, characterized in that use is made of a hollow cylinder made of boron nitride, in that, at room temperature, the bore in the cooling housing is smaller by approximately 0.3% than the outside diameter of the hollow cylinder and the inside diameter of the hollow cylinder is dimensioned to be approximately 0.2% larger than the outside diameter of the catcher.
Method according to one of Claims 5 and 6, characterized in that the hollow cylinder is kept at room temperature and in that the housing is heated to at least approximately 300°C.