NL8020518A - Directly heated grating cathode for electron tube - is mfd. by spark machining intersecting spiral filaments of varying width in hollow cylinder - Google Patents

Description

· 802 0 5 1 8 -1- 22161/JF/mv DIRECT VERHITTE, VAN MAZEN VOORZIENE KATHODE VOOR ELECTRONISCHE BUIZEN EN WERKWIJZE VOOR HET VERVAARDIGEN DAARVAN.

Gebied van de uitvinding 5

De onderhavige uitvinding is gericht op vacuüminrichtingen en in het bijzonder op direct verhitte, van mazen voorziene kathodes voor elec-tronische buizen en op werkwijzen voor het vervaardigen ervan.

Beschrijving van de stand van de techniek 10 Direct verhitte, buisvormige, van mazen voorziene kathodes zijn ge schikt voor grote stromen, vanwege het uitgebreidde werkgebied ervan in vergelijking met direct verhitte staafvormige kathodes. De bestaande ontwerpen voor van mazen voorziene kathodes lijden echter aan een aantal nadelen, die de praktische toepassing ervan beperken. De hoofdproblemen 15 bij deze kathodes zijn onder andere de moeilijkheden een uniforme emissie over het totale werkoppervlak, dat wil zeggen een groot kathode rendement, een lange levensduur en kathodeparameterstabiliteit te verschaffen, alsmede technologisch effectieve ontwerpen.

Bekend in de techniek is een direct verhitte, van mazen voorziene 20 kathode met een cilindervormige van mazen voorziene structuur van het werkoppervlak, gevormd door kruisende schroeflijnvormige gloeidraden (vergelijk het West-Duitse Octrooischrift 851.832). In deze kathode zijn alle gloeidraden bij kruispunten aan elkaar gelast, waarbij de einden van de gloeidraden zijn gelast aan stroomtoevoerringen.

25 De werkwijze voor het vervaardigen van een kathode berust op het wikkelen van de draad rond het cilindervormig oppervlak in twee richtingen, de draden bij kruisingen aan elkaar lassen en het lassen van de draadeinden aan de stroomtoevoerringen (vergelijk het Sovjefe-Russische uitvinderscer-tificaat 24.491).

30 De van mazen voorziene draadkathoden blijken niet te kunnen voorzien in een voldoende mechanische sterkte vanwege het grote aantal lassen en daarnaast kan geen uniforme verhittingstemperatuurverdeling worden verkregen. De aan de stroomtoevoerringen gelaste gloeidraadeinden zijn kouder dan het middengebied van de gloeidraden, vanwege een aanzienlijke 35 hitte dissipatie. Verder veroorzaken de meervoudige lassen discontinuïteiten langs elte-gloeidraad, waardoor de temperatuurvereffening over het totale werkoppervlak van de kathode wordt belet. Niet uniforme verdeling van de temperatuur over het werkoppervlak van de kathode heeft op zijn beurt een 8020518 T » -2- 22161/JF/mv niet-uniforme emissiestroom tot gevolg. Bovendien zijn in een dergelijke kathode de onderling kruisende draden verschillend op afstand geplaatst van de kathodeas (in twee lagen). Derhalve legt dit een beperking op het minimaliseren van de afstand tussen het rooster en de kathode. Bij-5 gevolg zijn de mogelijkheden voor het verkleinen van de transconductantie van de buis voor de draadkathoden beperkt. Het vervaardigingsproces van het wikkelen van de draad met meervoudige lassen is zowel gecompliceerd als inefficiënt. Door de niet-uniforme temperatuurverdeling, de lage mechanische sterkte en de structurele discontinuïteiten veroorzaakt door 10 het lassen, zijn dergelijke kathodes niet praktisch genoeg en hebben en korte levensduur.

Er is eveneens een direct verhitte, van mazen voorziene kathode voor electronische buizen bekend, zoals geopenbaard in het Sovjet-Russi, sche uitvinderscertificaat 260.748, welk dient als een prototype voor 15 de onderhavige uitvinding. Deze kathode is vervaardigd uit één metalen stuk in de vorm van een holle cilinder met stroomtoevoerende ringen aangebracht aan de einden ervan, waarbij het werkoppervlak wordt begrensd tussen de ringen en vertegenwoordigd door kruisende schroeflijnvormige gloeidraden met gaten daar-tussen.

20 Een dergelijke kathode heeft een grotere mechanische sterkte en een groter vervaardigingsrendement dan de draadkathode. Het rendement van deze kathode is eveneens superieur aan dat van de gelaste draadelek-trode. De configuratie als één stuk van de kathode (vervaardigd uit een enkele pijp) maakt het mogelijk dat het rooster en de kathode van een der-25 gelijke buis op een kleinere afstand van elkaar kunnen worden geplaatst en een uniforme afstand tussen het rooster en de kathode over het totale werkoppervlak van de kathode, hetgeen resulteert in een grotere transconductantie en een bredere frequentieband van de buis. De kathode kan worden gevormd met een veranderende grootte van de gaten tussen de gloei-30 draden, zodat het oppervlak van de gaten van elke ringvormige rij kleiner is dan die van de opvolgende ringvormige rij, gaande in een richting van de omtrek van de kathode naar het midden daarvan. In dit geval blijkt het totale oppervlaktegebied van de gloeidraden in het middengebied van de kathode kleiner te zijn dan het gebied nabij de stroomtoevoe-35 rende ringen, waarbij dit verschil resulteert in <enige vereffening van de emissiestroomdichtheid over het kathodeoppervlak.

Ondanks de hiervoor genoemde voordelige eigenschappen van de bekende van mazen voorziene kathode aan één stuk lijdt deze echter aan het inherente 8020518 τ r -3- 22161/JF/mv nadeel van de bekende gelaste draadelektroden omdat elk schroeflijnvormige gloeidraad een hogere temperatuur in het midden dan nabij de stroomtoe-voerende ringen heeft. De temperatuurdaling langs de gloeidraad gericht van het midden van de kathode naar de ringen in de kathode volgens de 5 stand van de techniek is 400-500 °C en bijgevolg bedraagt het actieve gedeelte van het werkoppervlak van elke· gloeidraad niet meer dan de helft van de totale lengte ervan. Het oppervlak van het effectieve emitterende oppervlak van de kathode, die dient als een prototype, is bij benadering gelijk aan de helft van het werkoppervlaktegebied ervan, waardoor de 10 mogelijkheden van het afnemen van vermogen van de kathode dus radicaal worden beperkt. Dit is in het bijzonder het geval voor de kortere kathodes waarbij de verhouding tussen de lengte en de diameter van het werkoppervlak nagenoeg één is.

Het voorzien in verschillende grootten van de gaten in de bekende 15 metalen kathode uit één stuk maakt een zekere vereffening van het totale temperatuurprofiel over het kathodeoppervlak mogelijk. Maar zelfs in dit geval treedt nog steeds een temperatuurdaling langs elke gloeidraad op, zonder enige merkbare toeneming van het kathoderendement dat wil zeggen de niet uniforme verdeling van emissie over het kathodeoppervlak 2o wordt gehandhaaft. De temperatuurgradiënt over de lengte van de gloeidraad vermindert eveneens de nuttige levensduur van de kathode.

Deze kathode kan worden gefabriceerd onder gebruik making van een bekende werkwijze voor het vervaardigen van van mazen voorziene elektrodes voor electronische buizen, beschreven in een artikel door V.N. Alexandrov 25 en V.F. Ioffe,getiteld: "Novye Konstruktsii setochnykh Blokov generator- nykh i modulyatornykh lamp, oborudovanie dlya ikh izgotovlenia" gepubliceerd in het tijdschrift:"0bmen Opytom v elektronnoi promyshlennosti", Moskou, uitgave 7 (17), 1968. Volgens deze werkwijze wordt eerst een gereedschaps-elektrode gefabriceerd uit een plaat, waarvan de lengte van het eindgedeel-30 te ervan overeenkomt met het werkoppervlak van de kathode door het elektro-erosief uitsnijden van groeven in de einden van de plaat onder gebruik making van een draadelektrode, met uitsteeksels daartussen gevormd, welke een vorm hebben, die overeenkomt met die van de gaten tussen de gloeidraden; deze gereedschapselektrode wordt daarna toegepast voor het elektro-erosief 35 broosten van overlangse rijen van gaten in het holle cilindervormige uitgangsmateriaal.

De door het snijden van de groeven in de plaat gevormde uitsteeksels zijn ir doorsnede ruitvormig en in een enkele rij langs het werkoppervlak 8020518 J ï -4- 22161/JF/mv van de gereedschapselektrode gerangschikt waarbij de breedte van het plaateinde, dat machinaal is bewerkt voor het maken van de gereedschaps-elktrode gelijk is gekozen aan de diagonaal van de ruitvormige gaten tussen de gloeidraden loodrecht op de kathode-as min twee elektro-erosiespleten.

5 Wanneer het holle cilindervormige uitgangsmateriaal wordt gebrootst door een dergelijk gereedschapselektrode wordt een overlangse rij van ruitvormige gaten gevormd na een enkele gang van het gereedschap. Het werkstuk wordt dan rond de as ervan gedraait over een hoek, die gelijk is aan de hoekafstand tussen de middenlijn van de naburige overlangse rijen van 10 gaten in de kathode en verschoven langs de as over een lengte, die gelijk is aan de helft van de andere diagonaal van het ruitvormige gat, dat zich parallel aan de generatrix van de cilinder uitstrekt. Na het brootsen van een tweede overlangse rij van gaten wordt het werkstuk gedraaid over dezelfde hoek en met dezelfde afstand in de tegenovergestelde richting 15 langs de as geschoven. Op deze wijze worden alle overlangse rijen van gaten gebrootst, waarbij het werkstuk sequentieel wordt gedraait en elke keer langs de as met betrekking tot de gereedschapselektrode wordt verplaatst. De afmetingen van de kathodegaten worden hier direct bepaald door de aiitetingen van de Uitsteeksels op het werkeinde van de gereedschaps-20 elektrode, terwijl de afmetingen van de gloeidraden worden gestuurd door de hoekyerplaatsing van hetwerkstuk rond de as en door de^axiale verplaatsing met betrekking tot de gereedschapselektrode.

De hierboven genoemde vervaardigingswerkwijze lijdt aan een aantal fouten die de structurele nadelen van de kathode verder verergeren. Onder 25 de belangrijkste nadelen is een zeer tijdverslindend proces van het fabriceren van de gereedschapselektrode van de gewenste vorm alsmede het inherent gecompliceerde mechanisme van de apparatuur, die wordt gebruikt voor het brootsen van de gaten in het cilindervormige uitgangsmateriaal vanwege de noodzaak om te voorzien in grote nauwkeurigheid zowel voor wat 30 betreft de) hoek- als de axiale verplaatsing van het uitgangsmateriaal. Aangezien,bij de bekende werkwijze de afmetingen van de gloeidraden worden bepaald door de nauwkeurigheid van de hoek- en axiale verplaatsing van het uitgangsmateriaal, draagt elk ervan bij tot een afzonderlijke fout waardoor de vervaardiging van gloeidraden met de gewenste nauwkeurigheid 35 en reproduceerbaarheid onder gebruikmaking van deze werkwijze bepaalde moeilijkheden geeft. De gloeidraden die zijn vervaardigd hebben een grote spreiding voor wat betreft de breedte. In werking treden extra temperatuur-gradiënten op in de kathode, die op deze wijze is vervaardigd, vanwege on- 6020518 -5- 22161/JF/mv nauwkeurigheden die de fabricage van de gloeidraden met zich mee brengt, hetgeen dus resulteert in een lager rendement en een kortere levensduur van de kathode.

Openbaring van de uitvinding 5 Het is een doel van de onderhavige uitvinding de emissiekarakteris- tieken te verbeteren en te voorzien in een betere vervaardigingswerkwijze van een direct verhitte, van mazen voorziene kathode voor electronische buizen.

Het hoofddoel van de onderhavige uitvinding is te voorzien in een 10 direct verhitte, van mazen voorziene kathode voor electronische buizen, die, gegeven een bepaalde grootte, een groter effectief emitterend opper-vlaktegebied heeft, vanwege een uniformer temperatuurprofiel van de gloeidraden en een werkwijze voor het vervaardigen van deze kathode te ontwerpen, die het mogelijk maakt onder gebruikmaking van de eenvoudigst 15 mogelijke technologie een zeer nauwkeurige vorming van gloeidraden te realiseren.

Met het oog op dit doel worden er twee structurele uitvoeringsvormen van de van mazen voorziene kathode voorgesteld binnen de strekking van de uitvinding, gebaseerd op het principe van een stapsgewijze toeneming 20 in het oppervlaktegebied van elke gloeidraad van de omtrek van de kathode naar het midden ervan.

Volgens de eerste uitvoeringsvorm bezit,in een direct verhitte, van mazen voorziene kathode voor electronische buizen, vervaardigd uit één metalen stuk en gevormd als een holle cilinder met stroomtoevoerringen 25 aangebracht aan de einden ervan en een werkoppervlak, begrensd tussen de ringen en gevormd door kruisende schroeflijnvormige gloeidraden gescheiden door gaten,volgens de uitvinding elke gloeidraad een stapsgewijze breedte-toeneming van de omtrek naar het midden van de kathode.

Volgens de tweede uitvoeringsvorm bezit, in een 30 direct verhitte, van mazen voorziene kathode voor electronische buizen, vervaardigd uit één metalen stuk en gevormd als een holle cilinder met stroomtoevoerringen aangebraaht aan de einden ervan en een werkoppervlak, begrensd tussen de ringen en gevormd door kruisende schroeflijnvormige gloeidraden, op afstand geplaatst door gaten in het middengebied .van het 35 werkoppervlak van de kathode volgens de uitvinding tussen de naburige kruisingen van de gloeidraden bruggen voor het vormen van ten minste één ring van gelijke potentiaal, parallel aan de stroomtoevoerringen.

Deze bruggen dienen bij voorkeur een aantal parallelle ringen van 8020518 -6- 22161/JF/mv gelijke potentiaal te vormen, waarbij de breedte van elke ring groter is dan de breedte van elke opvolgende ring, gezien van het midden naar de omtrek van de kathode.

Een toeneming in het effectieve emitterende oppervlak van de eerste 5 uitvoeringsvorm van de kathodestructuur is vanwege een grotere stroomdichtheid in die gloeidraadgedeelten, die dichter bij de stroomtoevoe-rende ringen zijn aangebracht, waardoor dus een uniforme verhitting van elke gloeidraad over de totale lengte ervan wordt verzekerd. Verder wordt de hittedissipatie aan de einden van de gloeidraden verminderd als gevolg 10 van de kleinere breedte van de gloeidraden, die aan de stroomtoevoerringen grenzen.

Het grotere effectieve emitterende oppervlak in de tweede uitvoeringsvorm van de kathodestructuur is vanwege de toevoeging van niet-stroom-voerende bruggen, die ringen van gelijke potentiaal vormen voor de hete 15 gloeidraad gedeelten, met het gevolg dat gedeelten van de hitte in deze gedeelten wordt overgedragen naar de bruggen. Dit maakt het mogelijk de temperatuur te effenen langs de gloeidraden. De vereffening van de temperatuur in de gloeidraden kan binnen nauwe toleranties worden gehouden door het instellen van de brugbreedte, zodat de breedste brug is verbonden met 20 het heetste gedeelte van de gloeidraad.

Elk van de twee uitvoeringsvormen van de van mazen voorziene kathodestructuur is van gelijke waarde met het oog op het bereiken van het einddoel. In overeenstemming met specifieke condities, die worden tegengekomen bij het ontwerpen van de kathode voor een bepaalde electronische 25 buis, kan de ontwerper een van de voorgestelde uitvoeringsvormen of een combinatie ervan kiezen, dat wil zeggen een kathode uitrusten met een stapsgewijze toeneming in de gloeidraadbreedte en met ringen van gelijke potentiaal.

Verder zal worden opgemerkt dat beide van de voorgestelde uitvoe-30 ringsvormen ervan uitgaan dat alle kathodegloeidraden dezelfde lengte hebben. Bij metalen kathoden uit een stuk, is de doorsnede van elke gloeidraad nagenoeg rechthoekig. De dikte van elke gloeidraad is uniform langs de totale lengte en het werkoppervlak van alle gloeidraden van de kathode is op gelijke afstand van de as ervan geplaatst.

35 Ook met het oog op het hiervoor genoemde doel is volgens de uitvinding voorzien in een werkwijze voor het vervaardigen van een direct verhitte, van mazen voorziene kathode voor elektronenbuizen, inclusief het vervaardigen van een gereedschapselektrode uit een plaat door het elektro-ero- 8020518 -7- 22161/JF/mv sief snijden van groeven in het eindgedeelte van de plaat door een draadelektrode met uitsteeksels daartussen gevormd met een vorm, die overeenkomt met die van de gaten tussen de gloeidraden, waarbij de lengte van het eindgedeelte van de plaat machinaal wordt bewerkt in overeenstemming 5 met de lengte van het werkoppervlak van de kathode, gevolgd door elektro-eorsief brootsen onder gebruik making van deze gereedschapselektrode van overlangse rijen van gaten in een hol cilindervormig uitgangsmateriaal, dat draaibaar wordt verplaatst rond de as ervan na elke gang van de gereedschapselektrode waarbij de breedte van het plaateinde dat machinaalt wordt 10 bewerkt gelijk is aan twee maal de afstand tussen de middenlijn van aangrenzende overlangse rijen van gaten in de kathode en de groeven zodanig in de platen worden uitgesneden, dat naêLke doorgang van de gereedschapselektrode er in het holle cilindervormige uitgangsmateriaal volledige gaten van een overlangse rij, gathelften van twee overlangse rijen, die daar aan 15 beide zijden aan grenzen en twee lengten van elke gloeidraad worden gevormd elk bij kruising tussen deze gloeidraad en twee andere naburige gloeidraden, waarbij elke gang van de gereedschapselektroden wordt gevolgd door het draaien van het uitgangsmateriaal over een hoek, die gelijk is aan twee maal de hoekafstand tussen deze gloeidraad en twee andere naburige 20 gloeidraden en waarbij elke gang van de gereedschapselektrode wordt gevolgd door het draaien van het uitgangsmateriaal over een hoek, die gelijk is aan twee maal de hoekafstand tussen de middenlijnen van aangrenzende overlangse rijen van gaten in de kathode.

De voorgestelde werkwijze voor het vervaardigen van een van mazen 25 voorziene kathode voorziet in een eenvoudig middel voor het met grote nauwkeurigheid fabriceren van gloeidraden, aangezien de vorming van de elementen van het werkoppervlak van de kathode wanneer de voorgestelde werkwijze wordt gebruikt, wordt gestuurd door de gereedschapselektrode, dat wil zeggen de afmeting van de gloeidraden worden bepaald door de breedte 30 van de groeven in de gereedschapselektrode en zijn in wezen onafhankelijk van de nauwkeurigheid van het instellen van de hoekverplaatsing van het werkstuk.

Daarnaast voorziet de voorgestelde werkwijze in een vergroting van de produktiviteit met ten minste twee maal de uitgang, verschafd door de 35 bekende vervaardigingstechniek, aangezien het aantal gereedschapselektro-degangen, terwijl het werkoppervlak wordt gevormd door deze werkwijze, gelijk is aan de helft van het aantal overlangse rijen van gaten in de kathode.

De uitvinding wordt nader toegelicht door een gedetailleerde be- 8020518 -8- 22161/JF/rav schrijving van de voorkeursuitvoeringsvormen ervan in samenhang met de bijbehorende tekeningen.

Korte beschrijving van de tekeningen

Fig. 1 toont een direct verhitte, van mazen voorziene kathode voor 5 electronische buizen volgens de eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding;

Fig. 2a, b zijn temperatuurprofielen van respectievelijk de kathode, getoond in fig. 1 en de bekende kathode; . Fig. 3 is een direct verhitte, van mazen voorziene kathode voor elektronenbuizen volgens de tweede uitvoeringsvorm van de uitvinding; 10 Fig. 4 is een gereedschapselektrode voor de vervaardiging van de kathode van fig. 1;

Fig. 5 is een doorsnede, genomen langs de pijl A in fig. 4;

Fig. 6 is een cilindervormig uitgangsmateriaal voor de kathode na de eerste gang van gereedschapselektrode van figuren 4, 5; 15 Fig. 7 is hetzelfde uitgangsmateriaal na een tweede gang van de gereedschapselektrode van de figuren 4, 5.

Beschrijving van de voorkeursuitvoeringensvormen

De direct verhitte, van mazen voorziene kathode voor elektronische buizen volgens de eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding is gevormd 20 door een holle cilinder, vervaardigd uit één stuk metaal, zoals tungsten.

Aan beide einden van de cilinder is er voorzien in stroomtoevoerringen 1 (fig. 1) en 2, die het werkoppervlak van de kathode in de vorm van een van mazen voorziene structuur van een lengte L langs de generatrix van de cilinder begrenzen.

25 Het werkoppervlak van de kathode is gevormd door wederzijds kruisende schroeflijnvormige gloeidraden, bevattende een stel parallelle gloeidraden 3, gericht langs de rechter schroeflijnvormige lijn en een stel parallelle gloeidraden 4, die deze kruisen en zijn gericht langs de linker· schroeflijnvormige lijn. De gloeidraden 3'en 4 zijn alle identiek in lengte en 30 vorm, en verschillen slechts in de richting van de schroeflijnvormige lijnen.

Gevormd tussen de gloeidraden 3 en 4 zijn de gaten 5, die ruitvormig zijn in de beschreven uitvoeringsvorm.

De van lilazen voorziene structuur in de vorm van de gloeidraden 3 en 4, die het werkoppervlak van de kathode vormen, is symmetrisch rond 35 het midden van de kathode, zoals getoond door een symbolisch vlak a-a, loodrecht op de as 0-0 van de kathode van fig. 1.

Volgens de uitvinding is elke gloeidraad 3 en 4 gevormd met éen stapsgewijze toeneming in breedte, gezien van de omtrek naar het midden 8020518 -9- 22161/JF/mv van de kathode. Aangezien alle gloeidraden 3 en 4 identiek zijn met betrekking tot het middenvlak a-a van de kathode zal hierna een helft van de gloeidraden 3, die laat zeggen boven het middenvlak a-a zijn aangebracht worden beschouwd als voorbeeld van alle helften grenzend aan de 5 stroomtoevoerring 1 en de bodemhelften, grenzend aan de stroomtoevoerring 2.

De breedte van de gloeidraad 3 neemt stapsgewijze toe in de richting van de bovenrand van de kathode, dat wil van de stroomtoevoerring 1 naar het midden a-a.

10 Het gedeelte van de gloeidraad 3, dat het dichts bij de stroomtoevoer ring ligt en wordt gevormd door het segment 3-1 tussen de naburige gloeidraden 4, die deze gloeidraad 3 kruisen, heeft de kleinste breedte b^.

Het volgende gedeelte van de gloeidraad 3 bijvoorbeeld gevormd door de segmenten 3-2 en 3-3 tussen de andere naburige gloeidraden 4, die de 15 gloeidraad 3 kruisen heeft een breedte b2, die groter is dan b^, maar kleiner dan de breedte b^ van het gedeelte van de gloeidraad 3, die verder naar beneden naar het midden van de kathode ligt en is samengesteld uit een opeenvolging van segmenten 3-4 en 3-5; de breedte b^ van de segmenten 3-4 en 3-5 is op zijn beurt kleiner dan de breedte b^ van het 20 gedeelte van de gloeidraad 3, die gevormd door de segmenten 3-6 ert 3-7.

Het gedeelte van de gloeidraad 3, gevormd door het segment 3-8, dat het dichts bij het middenvlak a-a van de kathode ligt heeft de grootste breedte b^, dat wil zeggen b^ b^ >b3> b2> b1 = min 25

Een ander patroon van toeneming van de breedte van de gloeidraden 3 en 4 van de omtrek naar het midden is eveneens mogelijk. Zoals bekend uit ervaring behoeft de breedte van de gloeidraden niet altijd te worden veranderd langs de totale lengte ervan. Soms is het voldoende dat slechts 30 die gedeelten grenzend aan de stroomtoevoerringen met een kleinere breedte worden uitgevoerd dan het resterende deel van de gloeidraad met een constante breedte.

In sommige gevallen echter kan dit ontoereikend blijken, hetgeen het nodig maakt de gloeidraad te vormen met verscheidene gedeelten met 35 verschillende breedten, beginnend van de stroomtoevoerringen 1 en 2-. In dit geval wordt de vervaardigingsefficiëntie van de structuur verzekerd door het kiezen van de lengte van élk gloeidraadgedeelte van uniforme lengte gelijk aan twee opvolgende segmenten, begrensd door andere gloei- 8020518 I 1 -10- 22161/JF/mv draden, die deze bepaalde gloeidraad snijden met uitzondering van de gedeelten direct grenzend aan de stroomtoevoerringen, waarvan de lengte bij voorkeur begrensd dient te zijn door een dergelijk segment.

Voor specifieke kathodes wordt in overeenstemming met de vereiste 5 parameters de breedte van de gloeidraden 3 en 4 bij elk gedeelte berekend door bekende procedures die de materiaaleigenschappen, de geometrie van de kathode, de lengte en het aantal gloeidraden, de werkmodi van de kathode etc. in ogenschouw nemen. Dit is in het algemeen een ontwerp met behulp van de computer. Aangezien het in wezen onmogelijk is een ondubbel-10 zinnige schatting van het onderlinge verband tussen een groot aantal fac toren, die de temperatuur en het emissieprofiel van het kathode-oppervlak bepalen zijn de berekende waarden onderworpen aan verfijning. Derhalve worden de optimale afmetingen van de kathode-elementen in het bijzonder de breedten van de gloeidraadgedeelten uiteindelijk experimenteel bepaald.

15 Dit is een niet zeer tijdverslindende baan voor vaklui op dit gebied van de techniek en het is volledig gerechtvaardigd aangeziên verschillende expirementen resulteren in een kathode met een in wezen perfecte tempera tuurverdeling over de lengte van elke gloeidraad.

Fig. 2a toont een temperatuurprofiel over de totale lengte van het 20 werkoppervlak van de kathode,vervaardigd uit met thorium behandelde wolfraam in overeenstemming met de beschreven uitvoeringsvorm van de uitvinding.

De meetresultaten in fig. 2a werden verkregen door het verhitten van de kathode tot 2000 °K, het doorlaten van een electrische stroom- daardoor en het meten van de temperatuur op verschillende punten van de gloeidraad 25 3 (fig. 1) en 4. De kromme van fig. 2a vertegenwoordigt een gemiddelde waarde voor elke gloeidraad.

De grafiek van fig. 2b die dezelfde functie voor de bekende van mazen voorziene kathode zoals geopenbaard in het Sovjet-Russische uitvin-derscertificaat 260.748 karakteriseert, is voor vergelijking gegeven.

30 Zoals duidelijk is aan de hand van fig. 2a en 2b, is de thermische verdeling langs de gloeidraad uniformer voor de kathode van de uitvinding dan voor de bekende kathode. Bij de voorgestelde constructie van de kathode bedraagt het effectieve emitterende oppervlaksgebied meer dan 80% van het werkoppervlak van de kathode, terwijl in de bekende kathode, dit gebied minder dan 35 50% van het werkoppervlak zal zijn.

Fig. 3 toont een andere uitvoeringsvorm van de direct verhitte, van mazen voorziene kathode volgens de uitvinding. Deze kathode heeft veel gemeenschappelijk met die getoond in fig. 1, dat wil zeggen deze is op 8020518 ».y -11- 22161/JF/mv gelijksoortige wijze gevormd uit een metalen cilinder uit één stuk, waarbij het werkoppervlak van de kathode wordt gevormd door schroeflijnvormige gloeidraden 6, gericht langs de rechter schroeflijnvormige lijn en kruisend met schroeflijnvormige gloeidraden 7, gericht langs de linker schroef-5 lijn vormige lijn. De gloeidraden 6 en 7 worden begrensd tussen stroomtoe-voerringen 8 en 9, aangebracht aan de einden van de cilinder. Op gelijksoortige wijze als bij de kathode van fig. 1, is het werkoppervlak van de kathode van deze uitvoeringsvorm symmetrisch rond het midden van de kathode, dat wil zeggen ten opzichte van het vlak a-a lopend door het middel-10 punt van de generatrix van de cilinder loodrecht op de as o-o ervan en de gloeidraden 6 en 7 hebben gelijke afmetingen. De kathode van fig. 3 verschilt van die van fig. 1, die hierboven is beschreven, doordat elke gloeidraad 6 en 7 een uniforme breedte over de totale lengte heeft en in het middengebied van het werkoppervlak tussen de meest nabije kruisingen van de gloei-15 draden 6 en 7 in de gaten 10 daartussen, bruggen zijn aangebracht, die ringen met een gelijke potentiaal vormen, van welke één ring 11 is aangebracht in het midden van de kathode, terwijl de andere zijn aangebracht in paren 12 en 13, 14 en 15, 16 en 17, symmetrisch ten opzichte van het 20 midden a-a van de kathode. De ringen 11, 12, 13, 14, 15, 16,en 17 van gelijke potentiaal zijn alle parallel aan de stroomtoevoerringen 8 en 9.

De breedte van de ringen van gelijke potentiaal is afhankelijk van de afstand van het midden a-a van de kathode. De ring 11, aangebracht in het midden van de kathode heeft een maximale breedte d^. De breedte d^ 25 van de volgende ringen 12 en 13 is minder dan de breedte d^ van de ring 11; de breedte d^ van de ringen 14 en 15 is minder dan de breedte d2 van de ringen 12 en 13; en de breedte d^ van de ringen 16 en 17 welke het verst verwijderd zijn van het midden van de kathode is kleiner dan de breedte d^ van de naburige ringen 14 en 13, dat wil zeggen: d4^ d3^ d2^ d1 = raax*

In sommige gevallen,bijvoorbeeld voor korte kathodes, kan een enkele centrale ring 11 voldoende zijn. Het aantal en de breedte van de ringen van gelijke potentiaal wordt eveneens berekend door bekende werkwijzen onder gebruik making van een computer, met opvolgende experimentele 35 optimalisering van de berekende waarden.

, De ringen van gelijke potentiaal verschaffen uniforme temperatuur over het werkoppervlak van de kathode. Deze ringen, die geen stroom voeren . nemen een gedeelte vanijde hitte op van alle gloeidraden die de ringen kruisen, waardoor de temperatuur bij de punten van kruisingen tus- 8020518 : . λ -12- 22161/JF/mv sen gloeidraden en ringen dus wordt geminimaliseerd, hetgeen tot gevolg heeft dat de temperatuur over de totale lengte van de gloeidraden wordt vereffend.

Het temperatuurprofiel van elke kathodegloeidraad van fig. 3 is 5 gelijksoortig aan die van fig. 2a.

Een werkwijze voor het vervaardigen vaneen van mazen voorziene kathode als toegepast op de structurele uitvoeringsvorm van fig. 1 wordt nu beschreven.

Voorafgaand aan het vervaardigen van de kathode wordt een gereed-10 schapselektrode,. getoond in fig. 4 en 5 gefabriceerd. De gereedschaps-elektrode is vervaardigd uit een koperen plaat 18. De lengte L’ van het eindvlak van de plaat 18 wordt gekozen in afhankelijkheid van de lengte L van het werkoppervlak van de kathode: L’ = L - 2x waarin "x" de breedte van de elektro-erosiespleet is. De breedte "H" van het eindvlak van de 15 plaat 18 wordt twee maal de afstand "1" tussen de middenlijnen van de naburige overlangse rijen van de kathodegaten 5 (fig. 1) gekozen.

Wederzijds kruisende groeven 19 en 20 worden uitgesneden door een draadelektrode in het eindgedeelte van-’.de plaat 18 (fig. 4 en 5) onder gebruik making van een electro-erosiewerkwijze. De breedte en inrichting 20 van elk van de groeven 19 en 20 komt overeen met die van een gedeelte van de gloeidraad 3 (fig. 1) of 4 van de kathode, gevormd door twéé opvolgende segmenten, begrensd door andere gloeidraden, die deze bepaalde gloeidraad kruisen. De keuze van de breedte Yn van elke groef 19 (fig. 4) en 20 is gebaseerd op de conditie Yn = bR + 2x, waarbij bn de breedte van het 25 overeenkomstige gebied van de gloeidraad 3 (fig. 1) of 4 is, en "x" de breedte van de elektro-erosiespleet. De groeven 19 (fig. 4) en 20 van verschillende breedten worden uitgesneden door of de draden van een variërende diameter of door de draden met dezelfde diameter door het veranderen van de vervaardigingstechnieken of het verplaatsen ervan binnen . 30 de groef onder volging van een vooraf bepaald programma.

De diepte "K" van de groeven 19 en 20 wordt bepaald door de conditie Z N/2, waarbij "Z" de wanddikte van het uitgangsmateriaal voor de kathode is en "N" het aantal overlangse rijen van gaten 5 (fig. 1) in de van mazen voorziene structuur van de kathode. Eveneens wordt rekening 35 gehouden met de mate van sijtage van de gereedschapselektrode bij het kiezen van de diepte "K" van de groeven 19 (Fig. 4) en 20.

Nadat alle groeven 19 en 20 zijn ui.tgesneden in het eindgedeelte van de plaat 18 blijken drie overlangse rijen van uitsteeksels 21, 22, 23 8020518 -13- 22161/JF/mv te bestaan tussen deze groeven. Nu komen de uitsteeksels 21 van de midden-rij in doorsnede overeen met de volledige gaten 5 (fig. 1) van een over-langse rij van de kathodegaten, terwijl de uitsteeksels 22 (fig. A) en 23 van de eindrijen overeenkomen met de gathelften 5' (fig. 1) van de 5 rij grenzend aan de eerste overlangse rij kathodegaten (hetgeen elektro-erosiespleten mogelijk maakt).

Zoals duidelijk te zien in fig. A, worden wanneer de groeven 19 en 20 worden uitgesneden driehoekige ogen 2A en 25, die zijn aangegeven door streeplijnen, gevormd nabij de korte zijden van de rechthoekige eind-10 vlakken van de plaat 18. Deze ogen dienen te worden verwijderd, aangezien deze gemakkelijk kunnen worden verplaatst als gevolg van de onvoldoende stijfheid ervan hetgeen dus resulteert in een lage nauwkeurigheid van de vervaardiging van de meerst kritische gedeelten van de gloeidraden grenzend aan de stroomtoevoerringen.

15 Wanneer de gereedschapselektrode wordt vervaardigd uit een stijver materiaal, zoals staal of titaan kunnen de ogen 2A en 25 worden gehand-haaft. In het laaiste geval zal de van mazen voorziene structuur van de kathode een andere gedaante hebben dan die getoond in fig. 1.

Verder wordt een hol cilindervormig uitgangsmateriaal 26 ( fig. 6) 20 genomen; de lengte en diameter ervan komen overeen met de vereiste lengte en diameter van de kathode en de dikte van de wand is gelijk aan de gespecificeerde dikte "Z" van de kathodegloeidraden. Overlangse rijen van 'gaten worden sequentieel gebrootst in dit uitgangsmateriaal 26 door middel van de vooraf vervaardigde gereedschaseletrode, getoond in fig. A en 5 25 onder gebruik making van een elektro-erosietechniek. Gedurende een enkele gang van de gereedschapselektrode, worden de volledige gaten 5 (fig. 6) van een overlangse rij gevromd in het uitgansmateriaal 26 (Fig. 6) door de uitsteeksels 21 (fig. A), terwijl de gathelften 5' (fig. 6) van twee rijen, die aan beide zijden van die rijen grenzen daarin worden gevormd 30 door de uitsteeksels 22 (fig. A) en 23.

Het uitgangsmateriaal 26 wordt daarna rond de as ervan gedraaid over een hoek β (fig. 7) gelijk aan twee maal de hoekafstand (fig. 1) tussen de middenlijnen van de gaten 5 van naburige overlangse rijen. Opnieuw wordt dit gevolgd door het vormen binnen een enkele gang van de gereedschaps-35 elektrode van de volledige gaten 5 van een overlangse rij en de gathelften 5' van de rijen, die daaraan beide zijden aangrenzen, zoals getoond in fig. 7. Bijgevold worden de gathelften 5’ van de rij, aangebracht naast de rijen van volledige gaten 5, verkregen bij de eerste en tweede opeen- 8 02 0 5 1 8 -14- 22161/JF/mv volgende gangen van de gereedschapselektrode compleet gemaakt, zodat drie rijen van volledige gaten worden aangetroffen na de tweede gang van de gereedschapselektrode.

Het beschreven proces wordt herhaald in dezelfde volgorde, totdat 5 de gehele structuur van het werkoppervlak van de kathode van fig. 1 tenslotte is gevormd.

Wanneer de overlangse rijen van gaten 5 worden gebrootst in het uitgangsmateriaal 26, zoals getoond in de figuren 6 en 7, zijn de afmetingen van de gedeelten van de gloeidraden 3 en 4 in wezen niet afhankelijk van 10 de nauwkeurigheid van de draaiing van het uitgangsmateriaal 26; in plaats daarvan worden deze direct bepaald door de afmetingen van de groeven 19 en 20 (fig. 4 en 5) van de gereedschapselektroden, die binnen nauwe toleranties kunnen worden gehandhaafd onder beschouwing van de huidige stand van de techniek van elektro-erosietechnologie onder gebruik making 15 van een niet gevormde draadelektrode.

De van mazen 'voorziene kathode, getoond in fig. 3, wordt op een gelijksoortige wijze vervaardigd, met uitzondering dat bij de vervaardiging van de gereedschapselektrode alle kruisende groeven met dezelfde breedte worden uitgesneden en extra groeven met verschillende breedten 20 worden uitgesneden parallel met betrekking tot kortere zijden van de eindvlakken van de plaat 18 (fig. 4) voor het vormen van bruggen, die ringen 11 tot en met 17 (fig. 3) van gelijke potentiaal vormen.

Het machinale bewerkingsregiem bij de vervaardiging van de gereedschapselektrode én de vorming van de kathodestructuur wordt volgens een 25 aangenomen procedure gekozen, zoals toegepast op specifike behoeften en eveneens rekening houdend met de mogelijkheden van de toegepaste apparatuur.

Industriële toepasbaarheid

De uitvinding kan veel omvattend worden gebruikt in de elektro-30 vacuümindustrie voor het vervaardigen van generator- en modulatorbuizen.

De uitvoeringsvormen van de hierboven beschreven van mazen voorziene kathodes maken het mogelijk het rendement van de direct verhitte, van mazen voorziene kathodes te vergroten met een faktor van 1,3 tot 1,5. Teneinde dat dezelfde emissiestroomwaarden worden bereikt, die optreden in 35 de bestaande kathodeontwerpen, zal een kleiner specifiek verhittings-vermogen zijn vereist en bijgevolg een lagere gloeidraadtemperatuur.

Bij gevolg is de nuttige levensduur van de voorgestelde kathode drie tot vijf keer zo lang als die van de bekende ontwerpen. De implementatie f020 5 1 8 -I . /f . 1 -15- 22161/JF/rav van de uitvinding opent de weg voor het verschaffen van zeer betrouwbare en goedkope elebtronische buizen met een lange levensduur.

8020518

Claims (5)

1. Direct verhitte, van mazen voorziene kathode voor electronische buizen, vervaardigd uit één metalen stuk in de vorm van een holle cilinder 5 met stroomtoevoerende ringen, aangebracht aan de einden ervan, waarbij het werkoppervlak is begrensd tussen de ringen en gevormd door kruisende grloeidraden met gaten daartussen, met het kenmerk, dat elke gloeidraad (3, 4) is gevormd met een gestapte toeneming in de breedte van de omtrek naar het midden van de kathode.

2. Direct verhitte, van mazen voorziene kathode voor electronische buizen, vervaardigd uit één metalen stuk in de vorm van een holle cilinder met stroomtoevoerende ringen, aangebracht aan de einden ervan, waarbij het werkoppervlak is begrensd tussen de ringen en gevormd door kruisende gloeidraden met gaten daartussen, met het kenmerk, dat in het middenge-15 bied van het werkoppervlak van de kathode tussen naburige kruisingen van de gloeidraden! (3, 4) er is voorzien in bruggen om ten minste één ring (11) van gelijke potentiaal parallel aan de stroomtoevoerende ringen (1, 2) te vormen.

3. Van mazen voorziene kathode volgens conclusie 2, met het kenmerk, 20 dat de bruggen combineren voor het vormen van een aantal parallelle ringen (11-17) van gelijke potentiaal, waarbij de breedte van elke ring die van de volgende ring overschrijdt in de richting van het midden naar de omtrek van de kathode.

4. Werkwijze voor het vervaardigen van de direct verhitte, van mazen 25 voorziene kathode voor electronenbuizen, omvattende de fabricage van de gereedschapselektrode uit een plaat door het elektro-erosief snijden van groeven in het eindvlak van de plaat onder gebruik making van een draadelektrode met daartussen gevormde uitsteeksels, die scherp zijn gemaakt om te passen bij de gaten tussen de gloeidraden van de kathode, 30 waarbij de lengte van het eindvlak machinaal is bewerkt van de plaat overeenkomend met de lengte van het werkoppervlak van de kathode en het èlek-troTerosief brootsei door deze gereedschapselektrode van overlangse rijen van gaten in deonbewerkte holle cilinder, die draaibaar wordt verplaatst rond de as ervan na elke gang van de gereedschapselektrode, met het ken-35 merk, dat de breedte van het machinaal bewerkte einde van de plaat (18) gelijk is aan twee maal de afstand tussen de middenlijnen van naburige overlangse rijen van gaten (5) in de kathode en de groeven (19, 20) in de plaat (18) zodanig worden uitgesneden, dat na elke gang van de ge- 8020518 -17- 22161/JF/mv ,‘ h reedschaps elektrode, volledige gaten (5) van één overlangse rij, gat-· helften (5') van twee overlangse rijen die daaraan aan beide zijden grenzen en twee gedeelten van elke gloeidraad (3 of 4),welke elk worden gevormd door het kruisen van deze gloeidraad (3 of 4) met twee andere naburige 5 gloedraden (4 of 3) worden aangebracht in het onbewerkte uitgangsmateriaal (26), dat wordt gedraaid na elke gang van de gereedschapselektrode over een hoek, die gelijk is aan twee maal de hoekafstand tussen de middenlijnen van de overlangse rijen van gaten (5) in de kathode.

10 Eindhoven, september. 1981 8 0 2 0 5 1 8