DE1489959B2 - Elektronenröhre mit einem keramischen Abstandsteil zwischen Gitter und Anode - Google Patents

Description

rungsringes 5 hat einen schmalen Querschnitt und an ihm tritt ein beträchtlicher Temperaturabfall zwischen der Anode und deren Halterungsring 5 auf, so daß der Halterungsring 5 keine besonders hohen Temperaturen an der Stelle aufweist, wo er mit dem keramischen Zylinder 8 verbunden ist. Der herabhängende Flansch 6 ist auch lang genug, um die Übertragung von mechanischen Spannungen von der Anode zum Anodenring zu verhindern, so daß die Dichtung zwischen dem Ring und dem keramischen Abstandsring aufrechterhalten wird. Außerdem besteht der Anodenhalterungsring 5 einschließlich des Flansches 6 gewöhnlich aus einem Material, das einen Ausdehnungskoeffizienten ähnlich dem des keramischen Zylinders 8 hat, um so eine Beschädigung der dazwischen bestehenden Verbindung zu verhindern. Leider dehnen sich bei hohen Temperaturen sowohl me Anoae 1 als auch der Flansch 6 aus, so daß die Fläche 2 der Anode 1 näher zum Gitter 3 gebracht und die Kapazität dazwischen erhöht wird. Gemäß der Erfindung wird die Verziehung der Anode zum Gitter im wesentlichen durch den in den F i g. 2 und 3 dargestellten Aufbau verhindert.

In Fig. 2, wo die entsprechenden Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, weist ein Anodenhalterungsring 5 einen dünnen, sich nach oben erstreckenden zylindrischen Abschnitt 9 auf, der die Anode 1 an ihrem Außenrand unter ihrer unmittelbar angrenzenden Schulter 10 trägt und daran befestigt ist. Der Abschnitt 9 ist dünn genug, um einen maximalen Temperaturabfall zwischen der Schulter 10 der Anode 1 und der Stelle des Halterungsringes 5 an der er am Keramikzylinder 8 befestigt ist, zu gewährleisten, wobei die Länge des Abschnittes 9 nicht belanglos ist. Da sich jedoch der Abschnitt 9 axial zur Einrichtung nach oben erstreckt, ist seine Ausdehnung entgegengesetzt zu der von der Anode 1, und eine gewünschte Kompensation kann in Abhängigkeit vom Material des Abschnitts 9 und der Länge sowie des Abschnitts 9 in Richtung entlang der Achse der Entladungseinrichtung erreicht werden. Der dünne Abschnitt 9 befindet sich zusammen mit einem Teil der Anode in der Nähe der Schulter 10, so daß der Temperaturabf all im Abschnitt 9 innerhalb dieses Bereichs auftritt, so daß ein ausgedehnter Bereich des Halterungsringes auf einer nicht zu hohen Tempratur bleibt und die Ausdehnung der Anode 1 nach unten überkompensiert. Dadurch kann trotz eines beträchtlichen Ansteigens der Anodentemperatur die Anodenoberfläche in einer relativ stationären Lage gegenüber dem Gitter 3 und damit auch die Gitter-Anoden-Kapazität im wesentlichen konstant gehalten werden.

Der Anodenhalterungsring 5 weist einen kompensierenden Abschnitt 9 aus einem hitzebeständigen Material auf, das eine kleinere Wärmeleitfähigkeit als die Anode hat, wodurch der beträchtliche Temperaturabfall entlang des dünnen Abschnitts 9 zwischen der Anode und der Stelle des Anodenhalterungsrings 5, an der er am Keramikzylinder 8 befestigt ist, vergrößert wird. Der Ring 5 sollte auch einen Ausdehnungskoeffizienten haben, der vergleichbar mit dem des keramischen Materials ist. Titan ist dafür ein vorzügliches Material, Zirkon, Tantal und Niobium sind ebenfalls geeignet.

Die Anode 1 wird wünschenswerterweise mit einem relativ dünnen zylindrischen Abschnitt 11 zwischen dem Hauptteil der Anode 1 und der Schulter 10 versehen, so daß die Schulter 10 im wesentlichen hinter der ebenen Fläche 2 der Anode 1 ist. Beim abgebildeten Ausführungsbeispiel besteht die Anode 1 aus hitzebeständigen Materialien wie Molybdän oder Wolfram, die ziemlich gut die Wärme leiten, dadurch die Anode auf einer relativ gleichmäßigen Temperar tür halten und die Wärmeableitung zu einem Abstrahler 12 oder einem anderen nach außen führenden Teil für die Wärmeableitung unterstützen. Der Abstrahler 12 wird dann näher zur Anodenoberfläche gebracht, um die Anodendissipation zu erhöhen. Das Anodenmaterial hat einen kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als der Anodenhalterungsring 5, so daß die Kompensation leichter erreicht werden kann.

Wegen seiner relativ höheren linearen Ausdehnung nach oben kann der dünne Abschnitt 9 die Ausdehnung der Anode sogar dann völlig kompensieren, wenn die Anode auf einer höheren Temperatur ist und insgesamt eine größere vertikale Ausdehnung hat. Der Keramikzylinder 8 dehnt sich auch etwas nach oben aus, wodurch die Ausdehnung des dünnen Abschnitts 9 etwas vergrößert wird. Die folgende Tabelle gibt Beispiele von Abmessungen an, die benutzt werden können, um die Kompensation zu erreichen. Bei jedem dieser Beispiele ist z. B. bei exakter Kompensation der dünne Abschnitt 9 des Halterungsrings 5 dünn genug, um zu erlauben, daß der Keramikzylinder 8 bei ungefähr 33 % der Anodentemperatur arbeitet, falls die Anode aus Molybdän ist, und bei ungefähr 20% der Anodentemperatur, falls die Anode aus Wolfram ist.

Länge Linearer Durch- Ausdeh-

Ausdeh- Schnitts- nung relativ

nungs- tempe- Gitter

koeffizient ratur

(cm) (⁰C) (cm)

Molybdän- 1,25
Anode

Titan-Halte- 0,6
rungsring

Keramik- 0,6
zylinder

Wolfram- 1,25
Anode

Titan-Halte- 0,6
rungsring

Keramik- 0,6
zylinder

0,000005 500 +0,0031

0,00001 333 -0,0021

0,00001 167 -0,0011

0,000004 500 +0,0025

0,00001 300 -0,0019

0,00001 100 -0,0006

In vielen Fällen braucht die lineare Kompensation nicht exakt zu sein, aber die Ausdehnung der Anode nach unten kann vorteilhafterweise durch die entgegengesetzte Ausdehnung des dünnen Abschnitts 9 nach oben in nahezu jedem gewünschten Grad in Abhängigkeit von den jeweiligen Elektrodenlängen und ihrer Temperaturverteilung kompensiert werden.

F i g. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sowohl einen Anodenhalterungsring als auch ein Anodenverlängerungsstück und eine Anodenschulter einschließt, die sämtlich aus relativ gleichmäßig dünnen Metallen bestehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat der Halterungsring 13 einen

L-förmigen Querschnitt und ein unteres Teil, das auf dem Keramikzylinder 8 ruht und an ihm befestigt ist, sowie einen sich nach oben erstreckenden Abschnitt, der die Schulter 14 des Anodenverlängerungsstücks 15 trägt. Das Anodenverlängerungsstück 15, das bei Wunsch die Anode selbst bilden kann, wird wieder aus einem Material mit einem kleinen Ausdehnungskoeffizienten und hoher Leitfähigkeit hergestellt, während der ringförmige Halterungsring 13 ein Material mit größerer Ausdehnung ist, das aber schlechter Wärme leitet. Der Halterungsring 13 hat einen ziemlich dünnen Querschnitt, um einen maximalen Temperaturabfall zu erzeugen. Der sich nach oben erstreckende Teil kompensiert die Ausdehnung nach unten der Anode 1 einschließlich des Verlängerungsstücks 15, so daß die Anodenoberfläche stationär bleiben kann, wenn sich die Betriebstemperatur der Entladungseinrichtung ändert. Da der größte Temperaturabfall am sich nach oben erstreckenden Teil des Halterungsrings 13 auftritt, findet die meiste kompensierende Ausdehnung an diesem Teil des Halterungsrings 13 statt.

Die Anode kann aus Materialien, wie bereits angegeben, mit hoher Wärmeleitfähigkeit bestehen, um die Dissipation und Ableitung der Wärme zum Abstrahler zu unterstützen, während die Anodenhalterung einen dünnen Abschnitt aus Material mit geringerer Leitfähigkeit, z. B. Titan, aufweist, um die Anode mit der hohen Temperatur vom keramischen Kolbenteil zu trennen, das wünschenswerterweise bei einer viel niedrigeren Temperatur arbeitet. Dieser Aufbau ist in den F i g. 2 und 3 und auch in F i g. 1 abgebildet. Daher kann die Anode bei einer hohen Temperatur betrieben werden, ohne daß die Keramik oder die Bindung zwischen dem Metallhalterungsring und der Keramik zerbrochen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 " ■■■■■■" 2 ■■■·■■-.■■ durch vorteilhafte Bemessung des Wärmeausdeh- Patentansprüche: nungskoeffizienten des .Endteils und des Isolierkörpers eine gewisse Kompensation der Änderung des

1. Elektronenröhre mit einer Anode mit einer Kathoden-Anoden-Abstands erreicht werden kann, ebenen Oberfläche, mit einem ebenen Gitter und 5 Es hat sich jedoch herausgestellt, daß diese Kommit einem keramischen Abstandsteil zur Isolie- pensation bei hohen Temperaturen, wie sie in Hochrung des Gitters von der Anode, gekenn- leistüngsröhren auftreten, noch nicht ausreicht,
zeichnet durch ein dünnes Zwischenstück Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Elek-(9,13), das sich zwischen dem keramischen Ab- tronenröhre der eingangs genannten Art derart ausstandsteil (8) und der nach außen geführten io zubilden, daß eine Kompensation der Wärmeaus-Schulter (10,14) der Anode (1) befindet, das — dehnung der Elektroden und deren Befestigungsteile in axialer Richtung der Elektronenröhre vom auch bei verhältnismäßig hohen Temperaturen so Gitter (3) zur Anode gesehen — hinter der weitgehend erfolgt, daß die Ausgangskapazität durch ebenen Oberfläche (2) der Anode mit der nach derartige Temperaturänderungen praktisch nicht geaußen geführten Schulter der Anode verbunden 15 ändert wird.

ist und das einen größeren Ausdehnungskoeffi- Diese Aufgabe wird bei einer Elektronenröhre der

zienten als das Anodenmaterial hat. eingangs genannten Art durch die im kennzeichnen-

2. Elektronenröhre nach Anspruch 1, dadurch den Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkgekennzeichnet, daß das Zwischenstück (9, 13) male gelöst.

eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit als die Anode 20 Durch das dünne Zwischenstück wird wegen sei-

(1) hat. nes schlanken Verlaufs vorteilhafterweise ein großer

3. Elektronenröhre nach Anspruch 1 oder 2, Temperaturabfall zwischen der Anode und dem kedadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück ramischen Abstandsteil erzielt, so daß der Übergang (9, 13) aus Titan, Zirkonium, Tantal oder vom Zwischenstück zum Abstandsteil einer relativ Niobium besteht und daß die Anode (1) aus 25 niedrigen Temperatur ausgesetzt ist, was wegen der Molybdän oder Wolfram besteht. damit verbundenen Verringerung der mechanischen

Spannungen die Abdichtung an dieser Stelle bedeutend erleichtert. Das ist besonders für Hochleistungs-

röhren wichtig, bei denen die Anode auf eine hohe

30 Temperatur erhitzt wird. Dieser Vorteil kann noch vergrößert werden, indem das Zwischenstück aus

Die Erfindung betrifft eine Elektronenröhre mit einem Werkstoff mit niedrigerer Wärmeleitfähigkeit

einer Anode mit einer ebenen Oberfläche, mit einem als die Anode besteht. Da das Zwischenstück ferner

ebenen Gitter und mit einem keramischen Abstands- einen größeren Ausdehnungskoeffizienten als die

teil zur Isolierung des Gitters von der Anode. 35 Anode hat, kann es vorteilhafterweise kürzer als die

Bei bekannten Elektronenröhren der eingangs ge- Anode ausgebildet werden und weist trotzdem die

nannten Art (US-PS 27 22 624 und 28 59 372) besteht gleiche, jedoch entgegengesetzte Wärmeausdehnung

die Schwierigkeit, daß bei deren Betrieb Wärme- wie die Anode auf. Durch das Zwischenstück kann

ausdehnungen der Elektroden und Befestigungsteile schließlich die eingangs erwähnte, auch bei der be-

auftreten können, wodurch die Ausgangskapazität 40 kannten Scheibenröhre vorhandene keramische

durch Annäherung der Anode an das Gitter ver- Anodenhalterung wegfallen, die einer besseren Kon-

ringert wird, wodurch eine Verstimmung oder an- stanz des Abstands der Anode von den übrigen Elek-

dere nachteilige Effekte bei deren Verwendung in troden entgegensteht. Zweckmäßigerweise besteht das

HF-Schaltungen auftreten können. Eine Kompen- Zwischenstück aus Titan, Zirkonium, Tantal oder

sation dieser Wärmeausdehnung durch geeignete 45 Niobium, während die Anode aus Molybdän oder

Auswahl der Ausdehnungskoeffizienten der betref- Wolfram besteht.

fenden Materialien ist dabei nicht möglich, weil das An Hand der Zeichnung sollen Ausführungsbei-

keramische Abstandsteil mit einem Stützglied abdich- spiele der Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

tend verschmolzen ist, so daß diese miteinander ver- F i g. 1 einen teilweisen Querschnitt durch eine

bundenen Teile praktisch den gleichen Ausdehnungs- 50 bekannte Röhre,

koeffizienten besitzen müssen, und eine Anpassung F i g. 2 einen teilweisen Querschnitt durch eine

an einen geeigneten Ausdehnungskoeffizienten des Röhre gemäß der Erfindung, bei der die Ausdeh-

Anodenmaterials praktisch nicht möglich ist. nung der Anode kompensiert wird, und

Es ist ferner bereits eine Scheibenröhre bekannt F i g. 3 einen teilweisen Querschnitt durch ein

(vgl. DT-AS N 5001 VIII a/21 g), bei der die schei- 55 anderes Ausführungsbeispiel einer Röhre gemäß der

benförmige Kathode gegen ein ringförmiges Distanz- Erfindung.

stück gedrückt ist, das seinerseits an einem Isolier- Gemäß F i g. 1 weist eine Röhre eine relativ mas-

körper befestigt ist, dessen anderes Ende an der sive zylindrische Anode 1 mit einer ebenen Elektro-

Anode anliegt. Beim Erwärmen der Kathode wird denfläche 2 gegenüber einer Gitterelektrode 3 auf, die

zunächst nur der Isolierkörper durch Wärmeleitung 60 vom Gitterhalterungsring 4 getragen wird. Ein

erwärmt und dessen Ausdehnung vergrößert den Ab- Anodenhalterungsring 5 hat einen Anodenanschluß

stand der Kathode von der Anode. Mit zunehmender und weist einen herabhängenden ringförmigen

Kathodentemperatur nimmt jedoch auch die vom Flansch 6 auf, der ringsherum unter einer Schulter 7

Isolierkörper ausgehende Wärmestrahlung zur An- der Anode daran befestigt ist. Der Anodenhalterungs-

ode zu, so daß der dem Isolierkörper gegenüber- 65 ring 5 ist vom Gitterring mittels eines zylindrischen

liegende Endteil der Anode erhitzt wird. Die Aus- keramischen Kolbenabstandsringes 8, der z. B. aus

dehung dieses Endteils führt aber zu einer Verklei- Forsterit bestehen kann, getrennt und isoliert,

nerung des Kathoden-Anoden-Abstands, so daß Der herabhängende Flansch 6 des Anodenhalte-