DE1005195B - Indirekt geheizte Kathode mit einem einen aktiven Kathodenueberzug tragenden Kathodenroehrchen und einem den Heizer innerhalb des Roehrchens abstuetzenden Abstandshalter - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf indirekt geheizte Kathoden mit einem metallischen Kathodenröhrchen, das mit einem Elektronen emittierenden Stoff überzogen ist und ein Heizelement enthält und bei denen Abstandshalter zwischen der Hülse und dem Heizelement angebracht sind.

Die Heizelemente bestehen bei gewissen Kathoden aus einem Wolframdraht, der mehrfach in sich zurückgebogen ist, derart, daß einzelne Stücke von etwa der Länge des Kathodenröhrchens entstehen, und der einen isolierenden Überzug trägt, so daß die einzelnen Stücke sowohl gegeneinander als auch gegen das metallische Kathodenröhrchen isoliert werden.

Bei Kathoden dieser Art tritt aber eine Reihe von Problemen auf. So können z. B. zwischen dem Heizelement und dem Röhrchen Kurzschlüsse eintreten, weil der normale Isolationsüberzug des Heizelements manchmal elektrisch zu schwach ist. Ferner kann das elektrische Feld zwischen dem Heizelement und dem Röhrchen unter Umständen zu Schwierigkeiten führen.

Ein weiteres, bei Kathoden der erwähnten Art auftretendes Problem besteht in der Verschiebung des Heizelements gegen das Kathodenröhrchen. Wenn die Kathode im Betrieb geheizt wird und sich dann in den Betriebspausen wieder abkühlt, kann das Heizelement unter Umständen aus dem Kathodenröhrchen herausrutschen, so daß eine geringere Wärmemenge auf das Röhrchen übertragen wird. Dann vermindert sich aber die Elektronenemission der Kathode. Außerdem kann dabei die Isolation des Heizelements abblättern.

Um diese Nachteile zu vermeiden, hat man bereits eine keramische Hülse zwischen das Heizelement und das Kathodenröhrchen eingefügt, um die Isolation zu verbessern, Kurzschlüsse zu vermeiden und das Heizelement besser zu befestigen. Um die Feldstärke zwischen dem Heizelement und dem Kathodenröhrchen zu verkleinern, hat man auch bereits eine metallische Hülse zwischen diese beiden Teile eingefügt. Beides hat sich jedoch nicht bewährt.

Die erwähnte Metallhülse beeinträchtigte nämlich die Wärmeübertragung auf das Kathodenröhrchen, und das Gleiten des Heizelements innerhalb des Kathodenröhrchens wurde doch nicht verhindert, und zwar wahrscheinlich deshalb, weil die Innenseite der Hülse zu glatt war. Keramische Röhrchen sind ferner sehr zerbrechlich und werden beim Einsetzen in das Kathodenröhrchen häufig zerstört.

Ferner sind die geschilderten Mittel nicht geeignet, die obengenannten Probleme zu lösen. Ein keramisches Röhrchen beeinflußt nämlich die elektrische Feldstärke zwischen dem Heizelement und dem Kathodenröhrchen überhaupt nicht, und die erwähnte Metallhülse kann natürlich die Isolation nicht verbessern.

Indirekt geheizte Kathode mit einem

einen aktiven Kathodenüberzug tragenden Kathodenröhrchen und einem den Heizer

innerhalb des Röhrchens abstützenden

Abstandshalter

Anmelder:

Radio Corporation of America, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr. 6

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 11. Oktober 1952

William Kenneth Batzle, Bloomfield, N. J„
und William Curtiss Dale, Basking Ridge, N. J.

(V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden

Es sind ferner keramische Abstandshalter bekannt, die aber ebenfalls die Nachteile großer mechanischer Empfindlichkeit, fehlender Abschirmeigenschaften und komplizierter Formgebung besitzen. Da diese Abstandshalter aus mehreren Teilen bestehen, wird außerdem die Montage relativ schwierig und zeitraubend.

Die eingangs genannten Mängel werden dadurch vermieden, daß bei einer indirekt geheizten Kathode mit einem einen aktiven Kathodenüberzug tragenden Kathodenröhrchen und einem den Heizer innerhalb des Röhrchens abstützenden Abstandshalter nach der Erfindung der Abstandshalter aus einem mit Isoliermaterial überzogenem Metalldraht besteht, der den Heizer wendelartig derart umschließt, daß zwischen zwei benachbarten Wendelwindungen ein erheblicher Teil der Heizeroberfläche frei bleibt.

Bei einer solchen Kathodenkonstruktion ist die Isolation zwischen dem Heizelement und dem Kathodenröhrchen wesentlich besser. Bei der im folgenden beschriebenen bevorzugten Ausführungsform wird die

609 866/340

bessere Isolation dadurch erreicht, daß zu der einfachen Isolationsschicht auf dem Heizelement noch die doppelte Isolation des Abstandshalters hinzutritt. Die Isolationsschicht ist also erheblich verstärkt. Dadurch wird es möglich, die Kathode mit einer relativ hohen Spannungsdifferenz gegen den Heizfaden zu betreiben, und es sind trotzdem keine Kurzschlüsse mehr zu erwarten.

Bei der beschriebenen Kathodenkonstruktion wird ferner das Kathodenröhrchen beim Vorhandensein einer Spannungsdifferenz zwischen ihm und dem Heizfaden elektrostatisch abgeschirmt. Diese Abschirmung wird dann am besten, wenn der Metalldraht des Abstandshalters geerdet oder an ein anderes festes Potential nahe dem Potential des Kathodenröhrchens angeschlossen wird. Elektrostatische Aufladungen des Heizfadens gegen das Kathodenröhrchen werden dann durch den Metalldraht des Abstandshalters neutralisiert. Die Einflüsse solcher elektrostatischen Felder auf die Kathodenemission lassen sich also vermeiden.

Die beschriebene Kathodenkonstruktion vermindert auch ein Gleiten des Heizfadens gegenüber dem Kathodenröhrchen. Eine solche Verschiebung ist insbesondere dann zu beobachten, wenn der Heizfaden so geführt wird, daß er das Kathodenröhrchen mehrmais parallel zur Röhrchenachse durchläuft. Die Ausdehnung dieser einzelnen Heizfadenteile kann dazu führen, daß der Heizfaden an einem oder an beiden Enden aus dem Kathodenröhrchen herausragt. An der glatten Innenwand des Kathodenröhrchens ist auch ein solches Gleiten leicht möglich. Bei der bevorzugten Form des Abstandshalters wird der Heizfaden jedoch verhältnismäßig gut festgehalten. Diese Halterung verhindert aus zwei Gründen ein Gleiten des Heizfadens. Einerseits drückt sich nämlich der Abstandshalter in den Heizfaden ein, verformt also den Heizfaden, da er ihn nur auf einer kleinen Fläche berührt, und andererseits verläuft der Heizfaden dann nicht mehr genau parallel zur Röhrchenachse. Wenn der Heizfaden also in dieser Weise auch nur geringfügig verbogen ist, so kann er sich nicht mehr in axialer Richtung zum Abstandshalter bewegen und nicht mehr im Röhrchen gleiten.

Diese Vorteile werden ohne einen störenden Einfluß auf die Wärmeübertragung erreicht. Bei einer Schraubenlinienform des Abstandshalters liegt immer noch ein verhältnismäßig großer Teil der Heizfadenfläche frei, da die Abstandshalterwindungen nur einen geringen Teil der Heizfadenfläche abdecken.

Fig. 1 zeigt eine Kathodenkonstruktion nach der Erfindung im Schnitt;

Fig. 2 zeigt den mit Isolationsmaterial überzogenen Abstandshalter, und

Fig. 3 ist eine vergrößerte Darstellung eines Teils der Fig. 1.

In Fig. 1 besteht die Kathode aus einem Nickelröhrchen 10 mit einem emittierenden Belag 11 auf seiner Außenseite, der Bariumoxyd und Strontiumoxyd enthalten kann. Das Röhrchen kann mittels einer oder mehreren Isolierscheiben 10° befestigt sein. Innerhalb des Röhrchens 10 befindet sich ein isolierter Heizfaden 12, der mehrfach umgebogen ist, so daß seine Teile 13 etwa parallel zur Längsachse des Röhrchens 10 verlaufen. Diese Teile haben etwa dieselbe Länge wie das Röhrchen 10. Der Heizfaden ist mit seinen Enden 14, 15, z. B. durch Schweißung, an den Zuleitungen 16, 17 befestigt, welche durch den Glasboden 18 der Röhre hindurchlaufen. Der Heizfaden selbst besteht aus einem Draht 19, z. B. aus Wolfram, Molybdän oder Tantal, und besitz einen Überzug 20, beispielsweise aus Aluminiumoxyd. Der Heizfaden ist in der obenerwähnten Weise in sich zurückgebogen.

Bisher ist es üblich, die Dicke des Drahtes 19 der Größe der Heizspannung anzupassen. Bei einem Heizfaden für 6 Volt hat der Draht 19 normalerweise einen Durchmesser von 0,15 mm und bei 12 Volt Heizspannung einen halb so großen Durchmesser. Die Isolationsschicht 20 ist in beiden Fällen annähernd gleich dick, beispielsweise 0,06 bis 0,08 mm. Bei einer dickeren Isolationsschicht wird die Wärmeübertragung auf das Kathodenröhrchen beeinträchtigt. Die Isolationsschichtdicke bei 12 Volt Heizspannung ist daher manchmal für die Isolation gegenüber dem Kathodenröhrchen nicht ausreichend.

Wie oben bereits bemerkt, traten bei den bekannten indirekt geheizten Kathoden auch störende elektrische Felder zwischen dem Heizfaden und dem Kathodenröhrchen auf. Solche Felder beeinflussen das Potential des Kathodenröhrchens und können eine störende Elektronenemission des Kathodenbelags hervorrufen. Diese Feldstärke wächst mit abnehmendem Abstand zwischen Heizer und Kathodenröhrchen ebenso wie mit abnehmender Dicke der Isolation des Heizers.

Bei den bekannten Kathoden konnte der Heizfaden ferner innerhalb des Kathodenröhrchens gleiten. Bei genau achsenparalleler Lage des Heizfadens im Kathodenröhrchen führt die Differenz der Wärmeausdehnung des Fadens und des Röhrchens somit dazu, daß der Faden an einem oder an beiden Enden über das Röhrchen 10 hinausragen kann und sich bei Abkühlung wieder zurückzieht.

Wenn der Faden aber über das Röhrchen hinausragt, geht Wärme verloren, und das Röhrchen 10 wird weniger gut geheizt.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform können diese Nachteile nicht mehr auftreten-Dort ist ein schraubenlinienförmiger Abstandshalter 21, bestehend aus einem Draht 22 und einem Isolierüberzug 23, dargestellt. Durch diesen Abstandshalter wird das Heizelement 12 im Röhrchen 10 festgeklemmt.

Die einzelnen Windungen des Abstandshalters 21 sollen mindestens einen Abstand voneinander besitzen, der gleich ist dem Durchmesser des als Abstandshalter dienenden überzogenen Drahtes, um eine gute Wärmeübertragung auf das Röhrchen 10 zu ermöglichen. Maximal soll der Windungsabstand so gewählt werden, daß auf die Länge des Kathodenröhrchens zwei vollständige Windungen des Abstandshalters entfallen. Der Draht des Abstandshalters 22 kann aus einem Metall hohen Schmelzpunktes bestehen, z. B. aus Wolfram, Molybdän oder Tantal, und der Überzug 23 kann aus Aluminiumoxyd bestehen. Der Draht 22 kann einen Durchmesser von etwa 0,13 mm besitzen und der Überzug 23 eine Dicke von etwa 0,06 mm. Wie in Fig. 3 dargestellt, wird dann der Heizfaden 19 durch eine Schicht von etwa dreifacher Dicke gegen das Röhrchen 10 isoliert wie ohne Verwendung eines Abstandshalters.

Der Abstandshalter 21 ist mit seinem Ende 24 an eine Einführung 25 angeschlossen, die z. B. geerdet werden kann. Das Kathodenröhrchen 10 ist über einen Draht 26 ebenfalls an die Leitung 25 angeschlossen. Bei dieser Schaltung werden durch den Abstandshalter elektrostatische Ladungen zwischen dem Heizfaden 19 und dem Röhrchen 10 neutralisiert.

Die Enden des Röhrchens 10 berühren bei dieser Anordnung den Heizfaden nicht mehr, so daß sie also einer Verkürzung des Fadens bei seiner Abkühlung nicht entgegenwirken. Die bisher zu beobachtende

immer zunehmende Vergrößerung der aus dem Röhrchen herausragenden Heizfadenteile tritt also nicht mehr auf.

Im ungespannten, ursprünglichen Zustand vor dem Einsetzen in das Röhrchen hat der Schraubenlinienförmige Abstandshalter 21 vorzugsweise einen Durchmesser, der eine leichte Einführung in das Röhrchen erlaubt. Mit geeigneten Mitteln, beispielsweise durch Befestigung am Einführungsdraht 25 oder mittels eines dielektrischen Kittes 27, kann man den Ab-Standshalter im Röhrchen festlegen. Ferner kann durch eine Kittmenge 28 der Abstandshalter gegenüber dem Heizfaden festgelegt werden.

Zum Zusammenbau der ganzen Kathode wird der Abstandshalter nach einer gewissen Durchmesserverkleinerung in das Röhrchen 10 eingeführt. Sodann wird der Heizfaden 12 in den Innenraum des Abstandshalters eingepreßt. Man kann wahlweise auch den Heizfaden erst innerhalb des Abstandshalters anbringen und diesen dann in seinem Durchmesser verkleinern, so daß er sich nicht nur leicht in die Hülse 10 einsetzen läßt, sondern auch den Heizfaden 12 kräftig umfaßt. Dadurch wird eine festere Anlage zwischen dem Abstandshalter und dem Heizfaden erzielt als bei der ersteren Art des Zusammenbaues.

Claims (7)

PateN ta N s P R C c η κ:

1. Indirekt geheizte Kathode mit einem einen aktiven Kathodenüberzug tragenden Kathodenröhrchen und einem den Heizer innerhalb des Röhrchens abstützenden Abstandshalter, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Abstandshalter aus einem mit Isoliermaterial überzogenem Metalldraht besteht, der den Heizer wendelartig derart umschließt, daß zwischen zwei benachbarten Wendelwindungen ein erheblicher Teil der Heizeroberfläche frei bleibt.

2. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendelwindungen mindestens einen Abstand voneinander besitzen, der gleich ist dem Durchmesser des als Abstandshalter dienenden Drahtes einschließlich seines Isolierüberzuges.

3. Kathode nach Anpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel wenigstens zwei volle Windungen besitzt.

4. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendelwindungen über die ganze nutzbare Länge des Heizers gleichen Abstand voneinander besitzen.

5. Kathode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizer aus einer Reihe von etwa in der Richtung der Achse des Kathodenröhrchens parallel zueinander verlaufenden und jeweils an den Enden des Röhrchens um 180° umgebogenen isolierten Drähten besteht, daß dieser Heizer seinerseits innerhalb des Röhrchens schraubenlinienartig verformt ist und daß der Abstandshalter den schraubenförmigen Heizer am Schraubenkern berührt und unter Druck an der Innenseite des Kathodenröhrchens anliegt.

6. Kathode nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandshalter elektrisch mit der Zuleitung für das Kathodenröhrchen verbunden ist.

7. Verfahren zur Herstellung von Kathoden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst der Heizer in den wendeiförmigen elastischen Abstandshalter, der im entspannten Zustand einen größeren Außendurchmesser besitzt, als der Innendurchmesser des Kathodenröhrchens beträgt, eingeführt wird, sodann der wendeiförmige Abstandshalter derart gespannt wird, daß sein Außendurchmesser verkleinert wird und sich somit die Wendel an den Heizer fest anlegt, anschließend der Heizer zusammen mit dem Wendelkörper in das Röhrchen eingezogen wird und schließlich der Wendelkörper entspannt wird, so daß er sich fest an die Innenwand des Röhrchens anlegt.

In Betracht gezogene Druckschriften: österreichische Patentschrift Nr. 136 790; schweizerische Patentschrift Nr. 182 823.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

® 609 866/340 3.