DE2608746A1 - Verfahren zum vorerhitzen der thoriumhaltigen wolframkatoden von elektronenroehren grosser leistung - Google Patents

Description

Dipl.-Ing. Egon Prinz Dr. Gertrud Hauser D - eooo Mo.ieh.n 6o. 1. März 1976 Dipl.-Ing. Gottfried Leiser ε«*·,,.,.ι,οβ.i9 _7/ß

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Verfahren zum Vorerhitzen der thoriumhaltigen Wolframkatoden von Elektronenröhren grosser Leistung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorerhitzung von thoriumhaltigen Wolframkatoden.

Diese Katoden werden insbesondere in Elektronenröhren grosser Leistung, z.B. in Sendetrioden von Rundfunk- und Fernsehsendern verwendet. Sie sind in der Regel vom Käfigtyp und bestehen aus einem zylindrisch aufgewickelten Drahtgitter, das an zwei als Träger für das Gitter dienenden Bördelungen befestigt ist, durch welche der Heizstrom zugeführt wird. Bekanntlich werden diese Drähte so erhalten, dass man dem das Ausgangsmaterial des Drahts bildenden Wolframpulver etwa 1 % Thoriuraoxid (ThO₂) zumischt; diese Drähte erreichen im normalen Betrieb eine Temperatur zwischen etwa 1600 und 1800⁰C.

Dr.Ha/Ma

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ORIGINAL INSPECTEq

Wenn an diese Katoden eine Spannung gelegt wird, wird ihr Mittelteil aufgrund ihrer Struktur momentan auf eine höhere Temperatur erhitzt als der übrige Teil der Elektrode und dieser Mittelteil dehnt sich stärker aus; daraus ergibt sich eine mechanische Deformierung der Katode, die umso stärker ist, je stärker der im Augenblick der Anlegung der Spannung in der Katode zirkulierende Strom ist; dies wiederholt sich jedesmal beim Anlegen einer Spannung und kann zu einer bleibenden Deformierung der Katode führen, und verstärkt sich mit der Anzahl der Einschaltungen. Bekanntlich" sollen solche Deformierungen soweit wie möglich vermieden werden, da sie für den Betrieb der Röhre schädlich sind und sogar zu ihrer Zerstörung führen können.

Dieses Phänomen wird noch dadurch verstärkt, dass die hier in Frage stehenden. Katoden eine sogenannte Aufkohlungsbehandlung erfahren, während welcher bis auf eine bestimmte Tiefe in den Drähten dieser Katoden eine Wolframkarbidschicht gebildet wird, die ihre Emissionsfähigkeit begünstigen soll. Diese durch Erhitzen der Katodendrähte auf über 2000⁰C in einer Kohlenwasserstoffatmosphäre erzielte Aufkohlung erfolgt jedoch nicht sehr regelmässig über die ganze Länge der Drähte, und zwar insbesondere infolge von Konvektionsströmen, die im Innern der Gasmasse entstehen, und wegen Temperaturunterschieden (kalte Enden) zwischen verschiedenen Teilen ein und desselben Drahts. Die Tiefe der Aufkohlung ist je nach den Stellen, an denen sie erfolgt, mehr oder weniger gross, wobei die am stärksten aufgekohlten Teile die Teile mit dem grössten Widerstand sind. Diesen Unregelmässigkeiten des Widerstands entsprechen merkliche Temperaturunregelmässig-

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keiten bei Einwirkung der die Drähte bei Anlegung einer Spannung an die Katode durchlaufenden starken Ströme. Diese Temperaturunterschiede ergeben zusätzlich zu den vorstehend erwähnten Deformierungen zusätzliche örtliche Deformierungen der Katodenoberfläche.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde bereits vorgeschlagen, den Draht bleibend unter Spannung zu lassen. Dieses Vorgehen besitzt jedoch offensichtlich den Nachteil der dadurch bedingten Energieverschwendung, die sehr gross im Falle grosser Sender sein kann, wo die Heizleistung sich auf mehrere zig Kilowatt beläuft. Bei diesem Verfahren müssen auch die Kühlmittel, die für diese Röhren vom Augenblick der Anlegung einer Spannung an die Katode an erforderlich sind, in Betrieb gehalten werden.

Es wurde auch-bereits vorgeschlagen, die Katode etufenweise unter Spannung zu setzen, was die sehr hohen Einschaltströme vermeidet und die vorstehend erwähnten Deformierungen entsprechend begrenzt; dieses Verfahren besitzt den Nachteil, dass es mehrere Minuten erfordert und schnelle Einschaltungen unmöglich macht.

Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass man die Katode andauernd auf eine Temperatur vorerhitzt, die zwischen ihrer Temperatur im kalten Zustand und ihrer normalen Betriebstemperatur liegt, und die niedrig genug ist, dass keine erzwungene Kühlung der Röhre erforderlich wird, die jedoch hoch genug ist, um die hohen Stromstärken bei der Anlegung einer Spannung im normalen Betrieb zu vermeiden.

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Da die normale Betriebstemperatur der thoriumhaltigen Wolframkatoden bei etwa 16OO°C liegt, sind erfindungsgemäss Mittel vorgesehen, um diese Temperatur andauernd auf etwa 800 bis 1000⁰C zu halten.

Beim Anlegen einer Spannung, um die Katode auf ihre normale Emissionstemperatur von etwa 16OO°C zu bringen, besitzt diese einen etwa fünfmal höheren Widerstand als in der Kälte (O⁰C), wie die Zahlen der nachstehenden Tabelle zeigen. Dadurch wird der Einschaltstrom bei dieser Spannungsanlegung und die sich daraus ergebenden Deformierungen beschränkt.

Ausserdem wird, wie dies die gleiche Tabelle zeigt, der Einfluss der Aufkohlungsunregelmässigkeiten auf die Heizung der Katode und auf die sich möglicherweise daraus ergebenden mechanischen Deformierungen derselben durch die Unterschiede zwischen den Änderungen des Widerstands des Wolframs und des Wolframkarbids zwischen 0 und 800⁰C" maskiert. Ausgehend von den Zahlen in dieser Tabelle sieht man, dass die Erhöhung des Widerstands eines Teils des Katodendrahts infolge einer Aufkohlung über eine Tiefe von 2/10 ihres Radius (derzeit praktizierter Wert) gegenüber der Zunahme des Widerstands ' eines nicht-aufgekohlten Drahtstücks gleicher Länge bei 0⁰C ausgeprägter ist als bei 800⁰C.

Diese letztere Tatsache, im Verein mit den vorhergehenden Ausführungen, zeigt, dass bei Anlegung einer Spannung an die Katode für ihren normalen Betrieb die Abweichung zwischen den Temperaturen von unregelmässig aufgekohlten Drahtstücken im Augenblick der Anlegung dieser Spannung bei der erfindungsgemäss vorerhitzten Katode wesentlich

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geringer ist als bei den bekannten, nicht-vorerhitzten Katoden. Dadurch werden die vorstehend besprochenen örtlichen Deformierungen begrenzt.

Man kann somit dann auf einmal die für den normalen Betrieb der Röhre erforderliche zusätzliche Heizung vornehmen, ohne dass man die störenden Einflüsse der vorstehend erwähnten hohen Einsehaltströme befürchten muss.

Man stellt ausserdem fest, dass die für diese Vorerhitzung erforderliche Leistung wesentlich geringer ist als die bei normalem Betrieb verbrauchte. Bei den angegebenen Temperaturen beträgt die für die Vorerhitzung erforderliche Leistung in bestimmten Fällen etwa ein Zehntel der für den normalen Betrieb aufzubringenden, und während dieser Vorerhitzung kann eine erzwungene Abkühlung vermieden werden.

Tabelle

O⁰C

800⁰C

1600⁰C

Wolfram 5,5 · 10"⁶Q /cm/cm²

Volframkarbid
(W₅C)

27,5

97

55

120

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Claims (3)

Patentansprüche

1)JVerfahren zur Vorerhitzung der thoriumhaltigen Wolframkatoden von Elektronenröhren grosser Leistung, dadurch gekennzeichnet, dass man Heizmittel vorsieht, um die Katoden andauernd auf einer Temperatur zu halten, die zwischen ihrer Temperatur im kalten Zustand und ihrer normalen Betriebstemperatur liegt, wobei diese Temperatur ^o niedrig ist, dass eine Kühlung der Röhre entfallen kann, jedoch hoch genug ist, um die zur Erhöhung der Temperatur der Katoden auf ihre normale Betriebstemperatur erforderliche zusätzliche Erhitzung auf einmal vornehmen zu können.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch.gekennzeichnet, dass bei einer normalen Betriebstemperatur von über 1600⁰C die Vorerhitzungstemperatur zwischen 800 und 1000⁰C liegt.

3) Elektronenröhren mit hoher Leistung, gekennzeichnet durch eine Vorerhitzung gemäss dem Verfahren von Anspruch 1.

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