EP0107522B1 - Perfectionnement aux cathodes à chauffage direct - Google Patents

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EP0107522B1
EP0107522B1 EP83401675A EP83401675A EP0107522B1 EP 0107522 B1 EP0107522 B1 EP 0107522B1 EP 83401675 A EP83401675 A EP 83401675A EP 83401675 A EP83401675 A EP 83401675A EP 0107522 B1 EP0107522 B1 EP 0107522B1
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EP
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cathode
sleeve
cathode according
plate
bellows type
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EP83401675A
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German (de)
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EP0107522A1 (fr
Inventor
Guy Clerc
Pierre Gerlach
Roger Hoet
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Thales SA
Original Assignee
Thomson CSF SA
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02—Main electrodes
    • H01J1/13—Solid thermionic cathodes
    • H01J1/15—Cathodes heated directly by an electric current

Definitions

  • the present invention relates to a direct heating cathode, in particular a direct heating cathode for power electronic tubes such as triodes, tetrodes or pentodes.
  • the direct heating cathodes used in these types of tubes are most often formed by a cylindrical sleeve formed of tungsten wires, whether or not wired, wound in a helix and regularly distributed in two layers inclined respectively in opposite directions with respect to a generator of the cylinder. so as to form a trellis, the wires of the two plies being joined at each crossing by a welding point.
  • the two ends of this cylindrical trellis forming the emissive part of the cathode are fixed respectively on two circular metal plates facing each other, connected to the external connections of the electronic tube by refractory metal rods between which is applied a difference of potential ensuring that the cathode is brought up to temperature and maintained.
  • the aim of the present invention is to solve the unsolved problems of the solutions of the prior art by proposing a solution which allows significant expansion of the lattice sleeve of the cathode while retaining the geometric dimensions essential for the electrical performance of the tube. maintaining the centering of the lattice sleeve relative to the axis of the electronic tube.
  • the present invention therefore relates to a direct heating cathode for electronic tubes comprising a cylindrical sleeve constituted by a lattice of crossed wires forming the emissive part of the cathode, two plates mounted respectively on the ends of said sleeve and at least one flexible metallic element fixed between one of the plates and the corresponding end of the cylindrical sleeve, characterized in that the flexible metallic element is of the bellows type allowing an axial expansion or contraction of the sleeve, while maintaining its centering.
  • the flexible metal element in the form of a bellows can be produced in different ways.
  • the bellows-type element consists of a flared cone-shaped element whose small diameter is welded to the plate and the large diameter to the corresponding end of the sleeve.
  • the bellows-type element consists of two annular elements welded together by their internal peripheral edges and having a V-shaped cross-section, the external peripheral edge of the plate and the corresponding end of the sleeve. being respectively welded to the outer peripheral edges of the two annular elements.
  • the surface of the annular elements can be planar or provided with concentric ribs.
  • these can be provided on their periphery with radial slots or other similar cutouts.
  • the bellows-type element is produced by a cylindrical element folded in accordion in its axial direction.
  • the reference 1 designates the cylindrical sleeve forming the emissive part of the cathode.
  • the sleeve 1 is constituted in a known manner by a lattice of crossed wires in thoriated tungsten.
  • the two ends of the sleeve 1 are fixed respectively, as described below, on two circular metal plates 2 and 3.
  • the references 4 and 5 respectively denote a rod and a tube used to connect the cathode to the voltage source ensuring , in operation, its heating.
  • the plate 2 has a diameter smaller than that of the plate 3.
  • the end 1 ′ of the cylindrical sleeve 1 is bent so as to be in the plane of the plate 2 and the strands of the mesh forming the sleeve 1 are welded flat on said plate.
  • the plate 2 has at its outer periphery intended to receive the end of the sleeve 1 a thinned crown 2 '. Due to this thinned part 2 ′, the plate 2 acquires a flexibility which gives the cathode a degree of freedom along its axis.
  • a metal element 6 elastically deformable in the form of a bellows.
  • the element 6 consists of two annular elements 7 and 8.
  • the two elements 7 and 8 are welded together at their internal periphery by spot welding or by argon welding and widen outwardly so as to have a cross section substantially in the form of a V.
  • the elements 7 and 8 comprise at their external peripheral edge an annular flange 7 1 and 8 ′ substantially perpendicular to the surface elements onto which one of the plates 3 and the corresponding end of the sleeve 1 are welded respectively.
  • the surface of the annular elements 7, 8 is provided with ribs 7 ", 8" to increase the possibilities of deformation elastic of the element 6.
  • the annular elements 7 and 8 are made of a material such as tantalum and have a thickness chosen according to the dimension of the cathode which is between a few hundredths and q a few tenths of a millimeter.
  • a reinforcing ring 11 can be provided against the flange 8 on which is welded one of the ends of the lattice sleeve 1.
  • the element 6 can either be elongated or s' crush according to the deformations of the cathode.
  • the element 6 is constituted by a flared truncated cone element 9 whose internal peripheral edge is welded to the plate 2 or 3 which, in this case, has a slightly greater diameter the internal diameter of the annular element.
  • the element 9 comprises an annular flange 9 'on which the strands of the sleeve 1 are welded.
  • an element 9 is provided between the plate 2 and the upper end of the sleeve 1 and a element 9 between the plate 3 and the lower end of the sleeve 1.
  • the plates 2 and 3 are made of a rigid material such as molybdenum.
  • the plates 2 and 3 can be made of a flexible material.
  • the flexibility of the annular elements 7, 8 and 9 can be increased by providing in said annular elements radial slots 12 or other similar cutouts, as shown in FIG. 6.
  • the bellows-shaped element 6 can be produced by a cylindrical element 10 folded in an accordion in its axial direction, one of the ends of the cylindrical element 10 being welded to the periphery of the plate 2 while the strands of the sleeve 1 are welded to the other end of the cylindrical element 10.
  • the cathode is provided with a single bellows element 6 provided between the lower plate 3 and the corresponding end of the sleeve 1.
  • the element 6 could be provided between the plate 2 and the upper end of the sleeve 1 or that two elements 6 could be used as in the embodiment of FIGS. 5 and 6.

Landscapes

  • Solid Thermionic Cathode (AREA)
  • Microwave Tubes (AREA)

Description

  • La présente invention concerne une cathode à chauffage direct, en particulier une cathode à chauffage direct pour tubes électroniques de puissance tels que triodes, tétrodes ou pentodes.
  • Les cathodes à chauffage direct utilisées dans ces types de tubes sont le plus souvent constituées par un manchon cylindrique formé de fils de tungstène thorié ou non, bobinés en hélice et répartis régulièrement en deux nappes inclinées respectivement en sens opposés par rapport à une génératrice du cylindre de manière à former un treillis, les fils des deux nappes étant réunis à chaque croisement par un point de soudure. Les deux extrémités de ce treillis cylindrique formant la partie émissive de la cathode sont fixées respectivement sur deux plateaux métalliques circulaires se faisant vis-à-vis, raccordés aux connexions extérieures du tube électronique par des tiges en métal réfractaire entre lesquelles est appliquée une différence de potentiel assurant la mise et le maintien en température de la cathode.
  • Toutefois, par suite de la structure particulière de la cathode comportant d'une part un treillis réalisé avec des fils de faible section et d'autre part des plateaux circulaires et des tigelles constitués par des pièces beaucoup plus massives, on observe des inconvénients tels qu'une déformation de la cathode provoquée par les différences de température existant entre le treillis et les autres pièces lors de la mise sous tension de la cathode et le maintien de cette déformation après stabilisation, la température du treillis restant toujours supérieure à celle des pièces le supportant. Or, ces déformations de la structure de la cathode ainsi que les déformations provoquées par les variations de température dues aux conditions de fonctionnement du tube entrainent une modification des caractéristiques électriques du tube électronique en cours de fonctionnement.
  • Diverses solutions ont été envisagées pour remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus.
  • Ainsi, on a proposé dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 3824424 de recourber dans le plan du plateau, l'extrémité supérieure du manchon en treillis de la cathode, les brins du treillis étant soudés à plat sur ledit plateau. Toutefois, cette solution est d'une technologie délicate et ne donne qu'une faible liberté de mouvement à la cathode.
  • Il est connu de la demanderesse de réaliser au moins un des plateaux de telle sorte qu'il présente au niveau de sa fixation sur l'extrémité du manchon, une couronne amincie présentant une grande résistance au passage du courant de chauffage. Du fait de la souplesse donnée au plateau par cette couronne amincie, la cathode présente un degré de liberté selon son axe ce qui lui permet d'absorber certaines déformations axiales. Toutefois, la possibilité de déformation de la cathode reste limitée.
  • En conséquence, la présente invention a pour but de résoudre les problèmes non résolus des solutions de l'art antérieur en proposant une solution qui autorise une dilatation importante du manchon en treillis de la cathode tout en conservant les dimensions géométriques essentielles aux performances électriques du tube électronique et en maintenant le centrage du manchon en treillis par rapport à l'axe du tube électronique.
  • La présente invention a donc pour objet une cathode à chauffage direct pour tubes électroniques comportant un manchon cylindrique constitué par un treillis de fils croisés formant la partie émissive de la cathode, deux plateaux montés respectivement sur les extrémités dudit manchon et au moins un élément métallique souple fixé entre un des plateaux et l'extrémité correspondante du manchon cylindrique, caractérisée en ce que l'élément métallique souple est du type soufflet permettant une dilatation ou une contraction axiale du manchon, tout en maintenant son centrage.
  • L'élément métallique souple en forme de soufflet peut être réalisé de différentes manières. Selon un premier mode de réalisation, l'élément du type soufflet est constitué par un élément en tronc de cône évasé dont le petit diamètre est soudé sur le plateau et le grand diamètre sur l'extrémité correspondante du manchon.
  • Selon un autre mode de réalisation, l'élément du type soufflet est constitué par deux éléments annulaires soudés ensemble par leur bords périphériques internes et présentant une section en coupe en forme de V, le bord périphérique externe du plateau et l'extrémité correspondante du manchon étant respectivement soudés sur les bords périphériques externes des deux éléments annulaires.
  • Dans les deux modes de réalisation ci-dessus, la surface des éléments annulaires peut être plane ou munie de nervures concentriques. De plus, pour améliorer la souplesse des éléments annulaires, ceux-ci peuvent être munis sur leur périphérie de fentes radiales ou autres découpes similaires.
  • Selon un troisième mode de réalisation, l'élément du type soufflet est réalisé par un élément cylindrique plié en accordéon selon sa direction axiale.
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront à la lecture de la description faite ci-après avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels:
    • - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un premier mode de réalisation d'une cathode de l'art antérieur;
    • - la figure 2 est une vue schématique en coupe d'un second mode de réalisation d'une cathode de l'art antérieur;
    • - la figure 3 est une vue schématique en coupe d'un mode de réalisation d'une cathode conforme à la présente invention;
    • - la figure 4 est une vue en perspective d'une partie de la cathode de figure 3;
    • - la figure 5 est une vue schématique en coupe d'un autre mode de réalisation d'une cathode conforme à la présente invention;
    • - la figure 6 est une vue en perspective d'une partie de la cathode de figure 5;
    • - la figure 7 est une vue schématique en coupe d'un troisième mode de réalisation d'une cathode conforme à la présente invention.
  • Dans les figures, les mêmes références désignent les mêmes éléments.
  • Ainsi la référence 1 désigne le manchon cylindrique formant la partie émissive de la cathode. Le manchon 1 est constitué de manière connue par un treillis de fils croisés en tungstène thorié. Les deux extrémités du manchon 1 sont fixées respectivement, de la manière décrite ci-après, sur deux plateaux métalliques circulaires 2 et 3. Les références 4 et 5 désignent respectivement une tige et un tube servant à raccorder la cathode à la source de tension assurant, en fonctionnement, son chauffage.
  • Conformément au mode de réalisation de l'art antérieur représenté à la figure 1, le plateau 2 présente un diamètre inférieur à celui du plateau 3. D'autre part, l'extrémité 1' du manchon cylindrique 1 est recourbée de manière à se trouver dans le plan du plateau 2 et les brins du treillis formant le manchon 1 sont soudés à plat sur ledit plateau.
  • Selon un autre mode de réalisation de l'art antérieur représenté sur la figure 2, le plateau 2 présente au niveau de sa périphérie externe destinée à recevoir l'extrémité du manchon 1 une couronne amincie 2'. Du fait de cette partie amincie 2', le plateau 2 acquiert une souplesse qui donne à la cathode un degré de liberté suivant son axe.
  • Toutefois, dans les modes de réalisation ci-dessus, les possibilités de déformation de la cathode restent limitées.
  • Aussi conformément à la présente invention, on prévoit entre au moins un des plateaux 2 ou 3 et l'extrémité correspondante du manchon 1, un élément métallique 6 élastiquement déformable en forme de soufflet.
  • Comme représenté sur les figures 3 et 4, l'élément 6 est constitué de deux éléments annulaires 7 et 8. Les deux éléments 7 et 8 sont soudés ensemble au niveau de leur périphérie interne par soudure par points ou par soudure à l'argon et s'évasent vers l'extérieur de manière à présenter une section en coupe sensiblement en forme de V. De plus, les éléments 7 et 8 comportent au niveau de leur bord périphérique externe un fiasque annulaire 71 et 8' sensiblement perpendiculaire à la surface des éléments sur lequel sont soudés respectivement un des plateaux 3 et l'extrémité correspondante du manchon 1. Comme représenté sur la figure 4, la surface des éléments annulaires 7, 8 est munie de nervures 7", 8" pour accroître les possibilités de déformation élastique de l'élément 6. D'autre part, les éléments annulaires 7 et 8 sont réalisés en un matériau tel que du tantale et présentent une épaisseur choisie en fonction de la dimension de la cathode qui est comprise entre quelques centièmes et quelques dizièmes de millimètre. De plus, une bague de renfort 11 peut être prévue contre le flasque 8 sur lequel est soudée une des extrémités du manchon en treillis 1. Ainsi, du fait de sa forme en soufflet, l'élément 6 peut soit s'allonger soit s'écraser en fonction des déformations de la cathode.
  • Dans le mode de réalisation des figures 5 et 6, l'élément 6 est constitué par un élément en tronc de cône évasé 9 dont le bord périphérique interne est soudé sur le plateau 2 ou 3 qui, dans ce cas, présente un diamètre légèrement supérieur au diamètre interne de l'élément annulaire. L'élément 9 comporte un flasque annulaire 9' sur lequel sont soudés les brins du manchon 1. Dans le mode de réalisation de la figure 5, on a prévu un élément 9 entre le plateau 2 et l'extrémité supérieure du manchon 1 et un élément 9 entre le plateau 3 et l'extrémité inférieure du manchon 1. En général, les plateaux 2 et 3 sont réalisés en un matériau rigide tel que du molybdène. Toutefois, dans le cas du mode de réalisation des figures 5 et 6, les plateaux 2 et 3 peuvent être réalisés en un matériau souple.
  • D'autre part, la souplesse des éléments annulaires 7, 8 et 9 peut être accrue en prévoyant dans lesdits éléments annulaires des fentes radiales 12 ou autres découpes similaires, comme représenté sur la figure 6.
  • Selon encore un autre mode de réalisation représenté à la figure 7, l'élément en forme de soufflet 6 peut être réalisé par un élément cylindrique 10 plié en accordéon selon sa direction axiale, une des extrémités de l'élément cylindrique 10 étant soudée sur le pourtour du plateau 2 tandis que les brins du manchon 1 sont soudés sur l'autre extrémité de l'élément cylindrique 10.
  • Dans les modes de réalisation des figures 3, 4 et 7, la cathode est munie d'un seul élément en soufflet 6 prévu entre le plateau inférieur 3 et l'extrémité correspondante du manchon 1. Toutefois, il est évident pour l'homme de l'art que l'élément 6 pourrait être prévu entre le plateau 2 et l'extrémité supérieure du manchon 1 ou que deux éléments 6 pourraient être utilisés comme dans le mode de réalisation des figures 5 et 6.
  • L'élément en soufflet 6 permet d'absorber les déformations de la cathode de manière à obtenir:
    • - lors de l'allumage de la cathode, une dilatation libre du treillis formant le manchon 1 avant la montée en température des tiges internes 4;
    • - lors de l'extinction, une contraction du treillis sans risque d'arrachement des soudures au niveau des plateaux 2 et 3 avant le refroidissement des tiges;
    • - durant le fonctionnement, une adaptation de la longueur de la cathode en fonction des fréquences choisies et des charges électriques imposées au tube.

Claims (7)

1. Une cathode à chauffage direct pour tubes électroniques comportant un manchon cylindrique (1) constitué par un treillis de fils croisés formant la partie émissive de la cathode, deux plateaux (2, 3) montés respectivement sur les extrémités dudit manchon et au moins un élément métallique souple fixé entre un des plateaux et l'extrémité correspondante du manchon cylindrique, caractérisée en ce que l'élément métallique souple est du type soufflet permettant une dilatation ou une contraction axiale du manchon, tout en maintenant son centrage.
2. Une cathode selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'élément du type soufflet (6) est constitué par un élément en tronc de cône évasé (9) dont le petit diamètre est soudé sur le plateau (2 ou 3) et le grand diamètre (9') sur l'extrémité correspondante du manchon (1 ).
3. Une cathode selon la revendication 2 caractérisée en ce que le plateau (2 ou 3) est réalisé en un matériau métallique souple.
4. Une cathode selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'élément du type soufflet (6) est constitué par deux éléments annulaires (7 et 8) soudés ensemble par leur bords périphériques internes et présentant une section en coupe en forme de V, le bord périphérique externe du plateau (2 ou 3) et l'extrémité correspondante du manchon (1) étant respectivement soudés sur les bords périphériques externes (7' et 8') des deux éléments annulaires (7 et8).
5. Une cathode selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la surface du ou des éléments annulaires (7 et 8) est munie de nervures concentriques (7", 8").
6. Une cathode selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les éléments annulaires comportent sur leur périphérie externe des fentes radiales (12).
7. Une cathode selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'élément du type soufflet (6) est constitué par un élément cylindrique plié en accordéon selon sa direction axiale.
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