DE1133041B

DE1133041B - Verfahren zur Herstellung eines aus einer duennen Folie bestehenden Heizers oder Kathodenkoerpers fuer eine mit Hochfrequenz geheizte Roehre und der nach dem Verfahren hergestellte Heizer oder Kathodenkoerper

Info

Publication number: DE1133041B
Application number: DEG18214A
Authority: DE
Inventors: James Emory Beggs
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1954-10-22
Filing date: 1955-10-21
Publication date: 1962-07-12
Also published as: GB820065A; FR1137688A

Description

INTERNAT.KL. HOIj

DEUTSCHES

PATENTAMT

G18214 Vmc/21g

ANMELDETAG: 21. OKTOBER 1955

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 12. JULI 1962

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines aus einer dünnen Folie bestehenden Heizers mit geringer Induktivität und ausreichender mechanischer Festigkeit für mit Hochfrequenz beheizte Röhren kleinster Abmessungen.

Im Hochfrequenzgebiet, in dem die Ströme gewöhnlich nur an der Oberfläche eines leitenden Körpers fließen und geringfügig in diesen eindringen, ist es von Interesse, die Masse eines Heizers möglichst klein zu machen, damit sich dieser möglichst schnell aufheizen kann, ohne daß die Wärme zur Aufheizung der Heizermasse verlorengeht. Insbesondere soll eine elektronenemittierende Fläche der Röhre sehr schnell auf die Arbeitstemperatur gebracht werden. Wenn man jedoch die Dicke des Heizers, der zur gleichmäßigen Aufheizung der elektronenemittierenden Fläche eine ziemlich große Oberfläche besitzt, vermindert wird, treten in mechanischer Hinsicht Schwierigkeiten auf, da solche dünnwandigen Leiter, die als Folien betrachtet werden können, übermäßig flexibel sind und ihre Gestalt während der Aufheizung zu verändern suchen.

Ein Ziel der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung eines aus einer dünnen Folie bestehenden Heizers der mechanisch ziemlich starr ist und die elektronenemittierende Fläche der Röhre schnell aufheizt. Damit die Eigeninduktivität möglichst klein gehalten wird, soll der Heizer symmetrisch sein und der Strom auf einem symmetrischen Weg Zugeführtwerden.

Gemäß der Erfindung wird auf einen ebenen, in Säure auflösbaren Träger eine dünne Metallfolie, deren Stärke in der Größenordnung von 0,006 mm liegt, als Überzug aufgebracht, dann wird dem überzogenen Träger die gewünschte symmetrische Form des Heizers gegeben, worauf der Träger durch ein Säurebad aufgelöst wird, und schließlich wird die nach der Auflösung verbleibende Form in einem Halter befestigt.

Nach diesem Verfahren kann ein zylinderförmiger Kathodenkörper hergestellt werden, dessen eines Ende mit einer Abschlußscheibe versehen ist, die mit einem gleich großen elektronenemittierenden Überzug versehen wird. Am Kathodenkörper werden dann Hilfsmittel vorgesehen, durch die der Überzug gleichmäßig, schnell und symmetrisch aufheizbar ist.

Fig. 1 zeigt einen mit der dünnen Metallfolie versehenen Träger;

Fig. 2 zeigt einen fertiggestellten Heizer vor seiner Befestigung;

Fig. 3 zeigt eine indirekt geheizte Kathode, die aus zwei nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten zylindrischen Körpern besteht;

Verfahren zur Herstellung
eines aus einer dünnen Folie bestehenden Heizers oder Kathodenkörpers für eine

mit Hochfrequenz geheizte Röhre und der nach dem Verfahren hergestellte Heizer

oder Kathodenkörper

Anmelder:

General Electric Company,
Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
Frankfurt/M. 1, Parkstr. 13

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 22. Oktober 1954 (Nr. 464 078)

James Emory Beggs, Schenectady, N. Y. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

Fig. 4 a und 4 b zeigen einen nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten, direkt geheizten Kathodenkörper und das für ihn benutzte Anschlußstück;

Fig. 5 ist eine der Fig. 4 ähnliche Ausführungsform einer direkt geheizten Kathode;

Fig. 6 zeigt eine weitere indirekt geheizte Kathode, die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt ist.

In Fig. 1 ist ein mit einer Folie überzogener Bauteil 13 zu sehen, der aus einem Grundmaterial und einem Folienüberzug zusammengesetzt ist. Aus diesem Bauteil 13 wird beispielsweise ein Kathodenkörper gemäß Fig. 2 dadurch hergestellt, daß der Bauteil 13 in die gewünschte Rinnen- oder U-Form gestanzt wird, worauf das metallische Grundmaterial durch Auflösung in einem Säurebad entfernt wird. An den Enden des auf diese Weise hergestellten Kathodenkörpers kann absichtlich ein Teil des Grundmaterials nicht aufgelöst werden, so daß Ansätze mit größerer Dicke zurückbleiben, die der Befestigung des Kathodenkörpers und der Heizdrähte dienen. Auf eine Abschlußfläche 14 des Kathodenkörpers kann ein elektronenemittierender Überzug, z. B. ein Dreifachkarbonatüberzug aufgebracht werden, nachdem der

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Kathodenkörper in eine Elektronenröhre eingebaut ist. Dann wird der Überzug gewöhnlich nach einem bekannten Verfahren aktiviert.

Da der Kathodenkörper in den meisten Fällen hohen Betriebstemperaturen unterworfen wird, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, folgende Abmessungen für die verwendeten Einzelteile zu wählen: Als Grundmaterial für den Bauteil 13 wird ein Stahlblech benutzt, das eine Dicke von etwa 0,25 mm aufweist.

renden Überzug auf seiner Abschlußscheibe trägt, ist derart in einem Topf 19 angebracht, daß zwar eine gute Wärmeleitung stattfindet, aber kein direkter Kontakt mit dem Topf 19 besteht. Bei dieser Anord-5 nung ist der elektronenemittierende Überzug auf eine Abschlußscheibe 20 des Topfes 19 aufgebracht. Der Topf 19 wird beispielsweise von einem keramischen Isolator 21 getragen, dessen Vorsprünge 22 den Kathodentopf 19 berühren und mit diesem verbunden

Dieses soll seinen Überzug in Form einer Molybdän- io sind. Diese Vorsprünge 22 beschränken die Wärmefolie mit einer Dicke von etwa 0,006 mm tragen. ableitung zum Isolator 21 hin und vergrößern damit Nach dem Stanzen oder einer andersartigen Formgebung wird der Körper in eine Salzsäurelösung ein

getaucht, von der der Stahl aufgelöst wird, während

den Wirkungsgrad der Kathode. Der Kathodenanschluß wird dadurch erreicht, daß ein leitender Überzug auf die Oberfläche des Isolators 21 aufgedie Molybdänfolie als Körper eines Heizers zurück- 15 bracht wird, so daß hochfrequente Ströme über die bleibt. gesamte Oberfläche des Topfes 19 fließen und damit

Auf diese Weise entsteht eine starre Folie eines ein Kathodenanschluß mit niedrigerer Induktivität Heizers, die weder brüchig wird noch zerreißt oder entsteht.

zerbricht. Ein nach diesem Verfahren hergestellter Die Kathoden der in den Fig. 2 und 3 dargestellten

Heizer kann als direkt geheizte Kathode verwendet 20 Bauart haben eine niedrige Eigeninduktivität, so daß werden, die in sehr kurzer Zeit in der Größenordnung sie in idealer Weise in Miniaturentladungsvorrichtunvon ¹U Sekunde auf die Betriebstemperatur gebracht
werden kann. Der Heizer kann auch aus einem
anderen Folienmaterial, z. B. aus Eisen, Nickel,

Wolfram, Titan, Zirkonium oder Tantal, hergestellt 25 aufgeheizt werden. Im Hinblick auf die Eigenstabiliwerden. tat ihrer Form ist eine Kathode dann, wenn sie als

Wenn man als Folienmaterial Titan wählt, so be- Heizer nach dem Verfahren gemäß der Erfindung nutzt man als elektronenemittierenden Überzug häufig ausgebildet ist, weniger der Mikrophonie als bei Ver-Bariumoxyd, weil sich bei einer solchen Kombination Wendung anderer bekannter Heizelemente unterkeine störende Zwischenschicht bildet. Ein solches 30 worfen.
Überzugsmaterial zeigt eine sehr stabile, starke

gen, die bei hohen Frequenzen betrieben werden, verwendbar sind. Da sie aus einem extrem dünnen Folienmaterial hergestellt ist, können sie sehr schnell

Emission. Der Bariumoxydüberzug wird nämlich durch das Titan in Abhängigkeit von der Temperatur des Heizers mehr oder minder stark reduziert. Bei

Die Fig. 4 a und 4 b zeigen Ausführungsformen von direkt geheizten Kathoden, die eine leitende Folie und eine elektronenemittierende Oberfläche besitzen, welche in einer solchen Lage zu der Folie

einer solchen Reduktion entsteht Barium, während 35 angebracht ist, daß eine Wärmeleitung zwischen beider frei werdende Sauerstoff durch das Titan absor- den auftritt. Fig. 4 a zeigt zwei im wesentlichen biert wird, ohne daß sich ein Film oder eine Zwi- L-förmige Folienstreifen oder Folienbänder 23 oder sehenschicht auf dem Titan bildet. Es ergibt sich eine 24, welche rechtwinkelig abgebogene Teile 23' und gute Elektronenemission, die bei hohen Stromdichten 24' aufweisen, die so abgerundet sind, daß sie in die auch dann stabil ist, wenn der Heizer im Grenzgebiet 40 Innenfläche eines umgedrehten, aus einer Folie beder Emission betrieben wird. Die Lebensdauer eines stehenden Topfes 25 passen und mit dieser verbunaus Titan bestehenden Heizers kann hinsichtlich der den sind. Der Topf besitzt eine im wesentlichen Elektronenemission durch Verwendung eines oder flache Oberfläche 26, auf die ein emittierender Übermehrerer Oxyde des Strontiums oder Calciums bzw. zug aufgebracht ist; die gesamte Kathode wird beideren Kombinationen mit Bariumoxyd vergrößert 45 spielsweise von einer Metallscheibe 27 gehalten, die werden, da Strontium- und Calciumoxyd von Titan einen leitenden Weg mit geringer Eigeninduktivität langsamer als Bariumoxyd reduziert werden. zur Oberfläche 26 hin bildet.

Die Ausführungsform des nach dem Verfahren der Der Kathodenaufbau erfolgt so, daß zunächst die

Erfindung hergestellten Heizers gemäß der Fig. 2 Streifen 23 und 24 in ihrer ganzen Länge passend kann ein Kathodenkörper sein, der mit zwei zylin- 50 miteinander verbunden werden und anschließend eine drischen Wandabschnitten 15 und 16 versehen ist. Verbindung mit der Innenfläche des Topfes 25 vor-Bei der Herstellung wird zur Formgebung Vorzugs- genommen wird. Die Verbindung kann durch Punktweise eine Stanzpresse, eine Drehbank oder eine schweißen, Löten oder auf andere Weise erfolgen. Drückbank benutzt. Die Wandabschnitte 15 und 16 Der Topf besteht aus einem Metall, beispielsweise tragen zur Stabilität der fertiggestellten Anordnung 55 Titan, Zirkon, einer Eisen-Nickel-Legierung, Tantal bei. Zwischen den beiden Wandabschnitten 15 und 16 oder einem anderen Metall, welches für eine Kathode

geeignet ist; er wird aus einer mit einem Grundmaterial versehenen Folie hergestellt, z. B. kann er aus einem mit einer Titanfolie überzogenen Stück Stahl Fällen zugleich die notwendigen Stromzuleitungen, so 60 hergestellt und der Stahl nach der Formgebung durch daß der gesamte Heizer nahezu keine Eigeninduktivi- Salzsäure abgelöst werden.

Die Heizelemente 23 und 24 werden beispielsweise aus einem Band aus Titan, Zirkon, einer Eisen-Nickel-Legierung, Tantal oder einem anderen Metall

auch nach dem Verfahren gemäß der Erfindung her- 65 hergestellt, das mit einer Innenfläche des Topfes 25 gestellt sein kann. Eine derartige Anordnung ist in verbunden werden kann. Ihr Querschnitt ist so be-Fig. 3 zu sehen. Ein Heizer 18, der etwa demjenigen messen, daß sie mit etwa dem gleichen Strom wie der nach Fig. 2 entspricht, aber keinen elektronenemittie- Topf aufgeheizt werden, mit dem sie verbunden sind,

befinden sich zwei Schlitze 17, die eingeschnitten sein können oder bereits bei der Formgebung entstehen. Die beiden Wandabschnitte 15 und 16 liefern in vielen

tat besitzt.

Der Körper des Heizers nach Fig. 2 kann zur indirekten Heizung einer Kathode benutzt werden, die

so daß der ganze Aufbau, also die Folie und der topfförmige Teil des Heizers gleichmäßig und schnell aufgeheizt werden. Da der Topf infolge des gewählten Materials und seiner geringen Dicke eine relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit besitzt, ist die Wärmeabgabe an seinen Seiten ziemlich gering und der Wirkungsgrad des Kathodenaufbaues infolgedessen hoch.

Eine andere Ausführungsform einer direkt geheizten Folienkathode ist in Fig. 5 gezeigt, wobei die topfförmige Folienkathode 28 mit einer zentral liegenden Heizzuleitung 29 versehen ist, die in einem konischen Teil 30 endet. Dieser erstreckt sich bis zum Kontakt mit einer Innenfläche des Topfes 28, die im wesentlichen gleich der emittierenden Oberfläche 31 ist und an dieser anliegt. Die Heizzuleitung 29 und der konische Teil 30 haben solche Abmessungen, daß etwa der gleiche Strom die Zuleitung und den Topf 28 aufheizt, so daß der gesamte Aufbau gleichmäßig und schnell warm wird.

Die bisher beschriebenen Kathoden können leicht abgeändert werden, indem man beispielsweise eine konvexe oder konkave Emissionsfläche erzeugt oder einen anderen elektronenemittierenden Stoff als den bereits erwähnten Trikarbonatüberzug verwendet.

Wenn eine hochohmige Heizung benötigt wird, kann eine Keramikschicht 35 oder ein Überzug aus schwerschmelzbarem Material auf die Innenfläche eines Topfes 32 aufgebracht werden. Ein leitender Film 36 kann dann dadurch erzeugt werden, daß zunächst ein Überzug, der eine Kohlenstoff verbindung enthält, beispielsweise ein Nitrozellulosebindemittel auf die Keramikschicht und dann anschließend mindestens ein Metall, z. B. Titan, Zirkon, Hafnium oder Thorium, und schließlich ein weiteres Metall, z. B. Eisen, Nickel, Kobalt, Kupfer, Chrom, Platin oder Molybdän, aufgebracht werden. Bei der Erhitzung entsteht dann ein leitender Film 36, der mindestens je ein Metall dieser Gruppen enthält.

Fig. 6 zeigt eine derartige Widerstandsheizung mit der topfförmigen Folie 32 und einer oberen Fläche 33, auf der sich der emittierende Überzug befindet. Im Innern des Topfes ist die dünne Scheibe oder der oblatenförmige Teil 35 aus isolierendem Material, beispielsweise Keramik, z. B. aus Tonerde mit der oberen Fläche 33 des Topfes 32 verbunden. Ein leitender Heizfilm 36 ist entweder auf einem Teil oder auf der gesamten unteren Fläche dieser Keramikscheibe 35 angebracht; eine Heizzuleitung 37 ist mit einer zentralen Stelle des Heizfilmes 36 verbunden. Die Heizung erfolgt durch einen Strom, der durch die Heizzuleitung 37 zu dem Film 36 und dann durch die topfförmige Folie 32 fließt.

Die topfförmige Folie kann gestanzt oder auf eine andere Weise entsprechend dem im vorigen beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Sie kann aber auch durch eine geeignete Verbindung oder durch Verlöten des Oberteiles 33 mit einer zylinderförmigen Folie 32 hergestellt werden, wobei die Keramikscheibe oder der oblatenförmige Teil mit dem oberen Teil verbunden wird.

Es kann auch ein Überzug aus gegen hohe Temperaturen beständigem Ton oder anderem schwerschmelzendem Material die dünne Keramikscheibe ersetzen. Dessen Oberfläche wird dann mit einem leitenden Film überzogen, auf dem die Heizzuleitung 37 festgelötet wird. Beim Anlegen der Spannung wird der leitende Film heiß und erhitzt dabei die elektronenemittierende Oberfläche, mit der er in Berührung steht. Der leitende Film kann so bemessen sein, daß er mit Spannungen in der Größenordnung von 90 Volt betrieben und damit aus einer Anodenbatterie gespeist werden kann, so daß eine getrennte Heizquelle nicht mehr erforderlich ist.

Die Stabilität des iolierenden Filmes und die keramische Scheibe dienen dazu, die Folienoberfläche gegen ein Verziehen oder Knicken zu sichern. Da die Wärme im allgemeinen durch direkten Kontakt an die emittierende Oberfläche gelegt wird und die Temperatur des Heizelementes für alle praktischen Zwecke die gleiche wie die Kathodentemperatur ist, ist der Wirkungsgrad des Heizers hoch und die auf den Folienzylinder abgestrahlte Wärme relativ gering. Diese Eigenschaften zusammen mit der geringen Masse der Anordnung liefern eine thermisch und mechanisch stabile Kathode.

Die Heizer haben eine niedrige Eigeninduktivität; und die in den Fig. 4 bis 6 dargestellten Heizer liefern insbesondere einen im wesentlichen symmetrischen Heizkreis mit einer geringen Eigeninduktivität. Der Metallring oder der keramische Ring mit einem leitenden Überzug, welcher die Kathode festhält, bildet einen leitenden Weg mit geringer Eigeninduktivität zur emittierenden Oberfläche hin, welcher sich weiter über die Seiten der Kathode erstreckt. Der innige wärmeleitende Kontakt zwischen dem Heizelement und der emittierenden Oberfläche bewirkt, daß die Anordnung schnell, d. h. in der Größenordnung von ¹U bis ³A Sekunden auf die Betriebstemperatur aufgeheizt wird. Dabei ist der Aufbau infolge seiner Formgebung relativ stabil, so daß Mikrophonie kaum zu erwarten ist.

Claims

Patentansprüche·.

1. Verfahren zur Herstellung eines aus einer dünnen Folie bestehenden Heizers oder Kathodenkörpers geringer Induktivität und ausreichender mechanischer Festigkeit für eine mit Hochfrequenz geheizte Röhre kleinster Abmessungen, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen ebenen, in Säure auflösbaren Träger eine dünne Metallfolie, deren Stärke in der Größenordnung von 0,006 mm liegt, als Überzug aufgebracht wird, daß dann dem überzogenen Träger die gewünschte symmetrische Form des Heizers gegeben wird, daß darauf der Träger durch ein Säurebad aufgelöst wird und daß schließlich die nach der Auflösung verbleibende Form in einem Halter befestigt wird.

2. Zylinderförmiger Kathodenkörper, der im Verfahren gemäß Anspruch 1 hergestellt ist und dessen eines Ende mit einer Abschlußscheibe versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußscheibe (14, 20, 26, 31, 33) einen etwa gleich großen elektronenemittierenden Überzug trägt und daß Mittel vorgesehen sind, durch die der Überzug gleichmäßig und schnell aufheizbar ist.

3. Kathodenkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenzylinder (15, 16) mit zwei diametral gegenüberliegenden, etwa gleich großen Schlitzen (17) versehen ist, die sich bis in die Nähe der Abschlußscheibe (14) erstrecken (Fig. 2).

4. Kathodenkörper nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenzylin-

der (18) innerhalb eines zylindrischen Topfes (19) mit geringem Zwischenraum zu den Topfinnenwänden gehaltert ist und daß sich der elektronenemittierende Überzug anstatt auf der Abschlußscheibe des Kathodenzylinders (18) auf der Abschlußscheibe (20) des Topfes (19) befindet (Fig. 3).

5. Kathodenkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterende des Topfes (19) von Vorsprüngen (22) eines Isolators (21) abgestützt ist, deren eine Seite gegebenenfalls einen elektrisch leitenden Überzug trägt (Fig. 3).

6. Kathodenkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß symmetrisch im Kathodenzylinder (25, 28, 32) ein wärmeerzeugendes Anschlußstück (23/24, 29, 37) verläuft, das unter der Abschlußscheibe (26, 31, 33) endigt.

7. Kathodenkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittfläche des Anschlußstückes zu der Wandstärke des Kathodenzylinders in einer solchen Beziehung gewählt ist, daß durch das Anschlußstück und den Kathodenzylinder der gleiche Strom pro Flächeneinheit fließt.

8. Kathodenkörper nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußstück in Form zweier lamellenartiger, L-förmiger wärmeerzeugender Elemente (23 und 24) vorliegt, deren kurze Schenkel (23', 24') sich etwa mit der Abschlußscheibe (26) decken und an dieser in gutem, wärmeleitendem und elektrischem Kontakt befestigt sind (Fig. 4 a, 4 b).

9. Kathodenkörper nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußstück (29) über ein konisches Zwischenstück (30) an der Abschlußscheibe (31) angeschlossen ist (Fig. 5),

10. Kathodenkörper nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeerzeugende Anschlußstück (37) unter der Abschlußscheibe (33) an einem gegenüber dieser elektrisch isolierten, hochohmigen Film (36) endigt (Fig. 6).

11. Kathodenkörper nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der hochohmige Film (36) parallel zur Abschlußscheibe (33) angeordnet ist und etwa die gleiche Größe wie die Abschlußscheibe besitzt.

12. Kathodenkörper nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der hochohmige Film (36) nur halb so groß wie die Abschlußscheibe (33) ist.

13. Kathodenkörper nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem hochohmigen Film (36) und der Abschlußscheibe (33) eine Keramikscheibe (35) oder eine Scheibe aus einem anderen feuerfesten Material eingelegt ist.

14. Heizer, hergestellt nach dem Verfahren des Anspruches 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer Legierung von Titan, Zirkonium, Hafnium oder Thorium mit Nickel, Eisen, Platin, Chrom, Kupfer, Kobalt oder Molybdän besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 645 937, 693 697,
896 394;

französische Patentschriften Nr. 978 463,
1032465;

britische Patentschriften Nr. 543 595, 556 505,
014;

USA.-Patentschriften Nr. 2 367 332, 2 421039,
993, 2 454298, 2520760.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen