DE1539993B2

DE1539993B2 - HIGH FREQUENCY DISCHARGE DEVICE WITH A CERAMIC COVER AND A COMPOSITE ANODE FASTENED IN A HOLE IN THE CERAMIC COVER

Info

Publication number: DE1539993B2
Application number: DE19661539993
Authority: DE
Inventors: Gary Jackson; Jolly Preston LeRoy; Owensboro Ky. Braswell (V.St.A.). HOIj 3-02
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1965-04-02
Filing date: 1966-04-01
Publication date: 1972-08-24
Also published as: US3378716A; DE1539993A1; GB1133943A

Description

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Die Erfindung betrifft eine elektronische Hochfrequenz-Entladungseinrichtung mit einer Keramikhülle und einer in einer Bohrung der Keramikhülle befestigten zusammengesetzten Anode, die aus einem Anodenmantel und einem Anodenkern besteht, wobei der Anodenmantel mit der Wandung der Bohrung und der Anodenkern mit dem Anodenmantel innerhalb der Keramikhülle in der Nähe der aktiven Oberfläche des Anodenkerns mit diesem verschmolzen ist.The invention relates to an electronic high-frequency discharge device with a ceramic sheath and a composite anode fastened in a bore in the ceramic sheath, which anode consists of a Anode jacket and an anode core consists, the anode jacket with the wall of the bore and the anode core with the anode jacket within the ceramic shell in the vicinity of the active one Surface of the anode core is fused with this.

Bei höheren Betriebsfrequenzen werden die Abmessungen elektronischer Entladungseinrichtungen und der damit verbundenen elektronischen Schaltungen kleiner. Um mit den kleineren Einrichtungen bei den höheren Frequenzen die erforderliche Ausgangsleistung zu erreichen, ist es notwendig, die Stromdichte der Einrichtungen zu erhöhen und ihren Wirkungsgrad zu optimalisieren. Bei kleineren Abmessungen der Einrichtungen und höheren Stromdichten ergeben sich aber Schwierigkeiten bei der Ableitung der bei ihrem Betrieb erzeugten Wärme.At higher operating frequencies, the dimensions of electronic discharge devices and the associated electronic circuits smaller. To deal with the smaller facilities To achieve the required output power at the higher frequencies, it is necessary to use the To increase the current density of the facilities and to optimize their efficiency. With smaller dimensions the facilities and higher current densities result in difficulties Dissipation of the heat generated during their operation.

In der britischen Patentschrift 758 234 ist eine Entladungsemrichtung der vorbeschriebenen Art angegeben, bei der die an der aktiven Oberfläche des Anodenkerns entstehende Wärme im Anodenkern nach außen geleitet und dort von einer Kühleinrichtung abgeführt wird. Nur ein sehr geringer Teil der entstehenden Wärme gelangt über den hülsenförmigen Anodenmantel an den Keramikmantel, so daß dieser nur in geringem Maße an der Wärmeabfuhr beteiligt ist.In British patent specification 758 234 a discharge device of the type described above is specified, in which the heat generated on the active surface of the anode core in the anode core is directed to the outside and is discharged from there by a cooling device. Only a very small part of the The resulting heat reaches the ceramic jacket via the sleeve-shaped anode jacket, so that this is only involved in heat dissipation to a small extent.

Weiterhin ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 074 100 eine Hochfrequenz-Entladungseinrichtung der eingangs genannten Art bekannt, bei der die Anode mit einer Scheibe aus aktivem Material versehen ist und von einem nach innen vorstehenden Flansch an der Keramikhülle aus einem Isoliermaterial mit einer Titanhülse an deren oberen Ende gehaltert ist, die mit der Scheibe aus aktivem Material verbunden ist. Das obere Ende der Hülse ist mit dem Anschluß der Einrichtung über eine leitende Schicht verbunden und elektrisch angeschlossen. Auch bei dieser Einrichtung wird nur ein geringer Teil der entstehenden Wärme über den hülsenförmigen Anodenmantel an den Keramikmantel abgeleitet. Demgegenüber kommt es jedoch bei derartigen Hochfrequenz-Entladungseinrichtungen auf eine möglichst schnelle und gute Wärmeabgabe an, insbesondere während der mit zunehmender Wärme ansteigenden Eigenkapazität, und um die Stromdichte möglichst hochtreiben zu können.Furthermore, the German Auslegeschrift 1 074 100 discloses a high-frequency discharge device of the type mentioned above is known in which the anode is provided with a disk made of active material and from an inwardly protruding flange on the ceramic shell made of an insulating material with a titanium sleeve at its upper end is held, which with the disc made of active material connected is. The upper end of the sleeve is connected to the connection of the device via a conductive layer connected and electrically connected. Even with this facility, only a small part of the The resulting heat is dissipated to the ceramic jacket via the sleeve-shaped anode jacket. In contrast However, in the case of such high-frequency discharge devices, as far as possible fast and good heat dissipation, especially during the increasing with increasing heat Self-capacitance, and to be able to drive the current density as high as possible.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Hochfrequenz-Entladungseinrichtung zu schaffen, bei der die Wärmeabfuhr möglichst weitgehend erhöht ist.The object of the present invention is therefore to create a high-frequency discharge device, in which the heat dissipation is increased as much as possible.

Diese Aufgabe wird bei einer Hochfrequenz-Entladungseinrichtung der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß der beiderseits der Bohrungswandung überstehende Anodenmantel an einer Stelle zwischen seinen beiden Enden mit dieser Wandung verschmolzen ist.This task is achieved with a high-frequency discharge device of the type described at the beginning solved in that the anode jacket protruding on both sides of the bore wall at one point is fused between its two ends with this wall.

Bei dieser Entladungsvorrichtung wird die an der aktiven Oberfläche des Anodenkerns entstehende Wärme sowohl über den Kern als auch über den Mantel nach außen abgeführt. Da der Anodenmantel durch die Bohrung des Keramikmantels hindurchgeht, kann nicht nur am Anodenkern, sondern auch am Anodenmantel eine Einrichtung zur Wärmeabfuhr angebracht werden. Dadurch wird die mögliche Wärmeabfuhr sehr stark erhöht. Eine Erhöhung ergibt sich auch noch dadurch, daß von dem an die Bohrungswandung des Keramikmantels angeschmolzenen Anodenmantel Wärme direkt auf den Keramikmantel übergeht, so daß auch .dieser wirkungsvoll zur Wärmeabgabe herangezogen wird und der Hochfrequenzstrom gut weitergeleitet wird.In the case of this discharge device, the temperature generated on the active surface of the anode core is removed Heat dissipated to the outside via both the core and the jacket. As the anode jacket passes through the bore of the ceramic jacket, can not only on the anode core, but also a device for heat dissipation can be attached to the anode jacket. This makes the possible Heat dissipation increased very much. An increase also results from the fact that from that to the Bore wall of the ceramic jacket melted anode jacket heat directly onto the ceramic jacket passes over, so that .this is also used effectively for heat dissipation and the high-frequency current is forwarded well.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Anodenmantel an seinen beiden Enden mit nach innen gerichteten Flanschen versehen, die mit dem Anodenkern verschmolzen sind. Der Anodenkern kann auch in Höhe der Enden des Anodenmantels mit ringförmigen Verdickungen versehen sein, mit denen dann der Anodenmantel verschmolzen ist. Weiterhin kann der Anodenmantel an dem aus dem Keramikmantel herausragenden Ende einIn an advantageous development of the invention, the anode jacket is at both ends provided with inwardly directed flanges which are fused to the anode core. The anode core can also be provided with annular thickenings at the level of the ends of the anode jacket be, with which the anode jacket is then fused. Furthermore, the anode jacket on the an end protruding from the ceramic jacket

Innengewinde aufweisen, und der Anodenkem in dises Gewinde eingeschraubt sein.Have internal threads, and the anode core be screwed into this thread.

Schließlich kann bei einer Weiterbildung der Erfindung der Keramikmantel aus Forsterit-Keramik und der Anodenmantel aus einem Material bestehen, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient mit dem des Keramikmaterials im wesentlichen übereinstimmt; der Anodenkern kann dann aus Molybdän bestehen. Finally, in a further development of the invention, the ceramic jacket can be made of forsterite ceramic and the anode jacket are made of a material whose coefficient of thermal expansion corresponds to that of the Ceramic material is essentially the same; the anode core can then consist of molybdenum.

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigtThe invention will be explained in more detail with reference to the drawing. It shows

F i g. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer bekannten elektronischen Entladungseinrichtung, F i g. 1 is a side view, partly in section, of a known electronic discharge device;

F i g. 2 einen Schnitt durch einen Teil eines Ausführungsbeispiels einer Entladungseinrichtung gemäß der Erfindung und dieF i g. 2 shows a section through part of an exemplary embodiment a discharge device according to the invention and the

Fig. 3, 4 und 5 jeweils einen Schnitt durch den wesentlichen Teil der Anode anderer Ausführungsbeispiele einer elektronischen Entladungseinrichtung gemäß der Erfindung.3, 4 and 5 each show a section through the essential part of the anode of other exemplary embodiments an electronic discharge device according to the invention.

Bei der in F i g. 1 abgebildeten bekannten Entladungseinrichtung besteht der Kolben 10 aus im allgemeinen kreis- oder ringförmigen Metall- und Isolationsteilen, die abwechselnd angeordnet und miteinander verbunden sind, um einen evakuierten, vakuumdichten Kolben zu ergeben. Die Einrichtung 10 weist eine zusammengesetzte, im allgemeinen zylindrische Anode 12 auf, ferner einen ringförmigen Gitteranschluß 14, der mit einem Gitter 15 verbunden ist, einen ringförmigen Kathodenanschluß 16, der in einer üblichen Weise mit einer Kathode 17 verbunden ist, und Heizerstifte 18 als die leitenden Teile des Kolbens. Der Kolben der Einrichtung hat ferner einen ringförmigen, isolierenden Keramikabstandsring 20, der zwischen dem Gitteranschluß 14 und dem Kathodenanschluß 16 liegt und damit verschmolzen ist. Die Enden des Kolbens sind im wesentlichen durch die Keramikhülle 24 verschlossen. Die Heizerstifte 18 verlaufen eingeschmolzen durch das Verschlußventil 22, um Zuleitungen zum (nicht gezeigten) Kathodenheizer in einer üblichen Weise zu ergeben. Die Keramikhülle 24 weist eine axial yerlaufende Bohrung 26 mit einer vakuumdichten Verschmelzung 28 auf, die zwischen der Fläche der Bohrung 26 und einem Teil der Außenfläche der zusammengesetzten Anode 12 ausgebildet ist. Zur Erläuterung ist die Verschmelzung 28 als ziemlich dicke Materialschicht abgebildet, aber es ist ersichtlich, daß eine derartige Schicht in einer praktisch gebauten Einrichtung nur bei sehr hoher Vergrößerung zu sehen ist.In the case of the in FIG. 1 shown known discharge device, the piston 10 consists of generally circular or ring-shaped metal and insulation parts that are arranged alternately and with one another are connected to give an evacuated, vacuum-tight flask. The establishment 10 comprises a composite, generally cylindrical anode 12 and an annular grid connection 14, which is connected to a grid 15, an annular cathode terminal 16, which in connected in a conventional manner to a cathode 17, and heater pins 18 as the conductive parts of the Piston. The piston of the device also has an annular, insulating ceramic spacer ring 20, which lies between the grid connection 14 and the cathode connection 16 and fused therewith is. The ends of the piston are essentially closed by the ceramic sleeve 24. The heater pins 18 run melted through the shut-off valve 22 in order to supply lines to the (not shown) cathode heater in a conventional manner. The ceramic shell 24 has an axially extending one Bore 26 with a vacuum tight seal 28 formed between the surface of the bore 26 and part of the outer surface of the composite anode 12 is formed. In order to explain Fusion 28 is shown as a fairly thick layer of material, but it can be seen that such a layer in a practically built facility only at very high magnification you can see.

Die zusammengesetzte Anode 12 weist einen Kern 30 aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit auf, der im wesentlichen von einem Mantel 32 aus einem Material umgeben ist, das im wesentlichen den gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie die Keramikhülle 24 hat. Der Kern 30 ist mit einem nach außen gerichteten Flansch 34 versehen, dessen untere Seite die aktive Anodenfläche 36 der elektrorüschen Entladungseinrichtung bildet. Die Anodenfläche 36 befindet sich eng benachbart und parallel zum Gitter 15 und zur Fläche der Kathode 17. Eine vakuumdichte Verschmelzung 38 ist zwischen der unteren Endfläche des Mantels 32 und der oberen Fläche des Flansches 34 vorhanden.The composite anode 12 has a core 30 made of a material with high thermal conductivity on, which is substantially surrounded by a jacket 32 made of a material that is substantially has the same coefficient of expansion as the ceramic shell 24. The core 30 is one after outwardly directed flange 34, the lower side of which is the active anode surface 36 of the electric frills Discharge device forms. The anode surface 36 is closely adjacent and parallel to the grid 15 and to the surface of the cathode 17. A vacuum-tight fusion 38 is between the lower end surface of the shell 32 and the upper surface of the flange 34 are present.

Die Keramikteile können aus einem Forsterit-Keramikmaterial und der Anodenkern 30 kann vorzugsweise aus Molybdän bestehen; Molybdän ist ein typischer Vertreter der schwer schmelzbaren Metalle, die verwendet werden können und eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit haben. Es war nicht möglich, eine zuverlässige vakuumdichte Verschmelzung direkt zwischen dem Anödenkern aus Molybdän und der Keramikhülle 24 zu erreichen, da die Ausdehnungskoeffizienten der beiden Materialien sehr unterschiedlich sind. Daher besteht der Mantel 32 vorzugsweise aus Titan, das im wesentlichen den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das Keramikmaterial hat. Um die Gitter-Anoden-Kapazität der Entladungseinrichtung relativ niedrig zu halten, ist ein Teil der Außenfläche des Mantels 32 aus Titan mit der Fläche der Bohrung 26 wie bei 38 verschmolzen. Die Verschmelzung kann durch Einsetzen eines verbindenden Zwischenstücks aus Kupfer oder Nickel zwischen den die koaxiale Verschmelzung 28 bildenden Teilen hergestellt werden. Um die verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten des Materials des Kerns 30 und des Materials des Mantels 32 zu kompensieren, ist die vakuumdichte Verschmelzung 38 zwischen Teilen des Anodenkerns und des Anodenmantels ausgebildet, die axial von dem Teil des Mantels getrennt sind, der mit der Keramikhülle 24 verschmolzen ist, und ein Zwischenraum 40 ist zwischen der Außenfläche des Anodenkerns 30 und der Innenfläche des Anodenmantels 32 im Bereich der koaxialen Verschmelzung 28 vorhanden, so daß Spannungen dazwischen vermieden werden. Es ist ersichtlich, daß der Zwischenraum 40 sehr klein, zum Beispiel größenordnungsgemäß 2,5 X IO-³ mm (0,1 mil), sein kann. Wichtig ist, daß der Anodenkern mit dem Anodenmantel im Bereich der koaxialen Verschmelzung 28 nicht verschmolzen werden darf. Wenn die Anode nur an der Verschmelzung 28 befestigt ist, ist der Zwischenraum zwischen Anode und Gitter im wesentlichen unabhängig von Temperaturschwankungen konstant.The ceramic parts can consist of a forsterite ceramic material and the anode core 30 can preferably consist of molybdenum; Molybdenum is a typical representative of the difficult-to-melt metals that can be used and that have a relatively high thermal conductivity. It was not possible to achieve a reliable, vacuum-tight fusion directly between the anode core made of molybdenum and the ceramic shell 24, since the expansion coefficients of the two materials are very different. Therefore, the jacket 32 is preferably made of titanium, which has essentially the same coefficient of thermal expansion as the ceramic material. In order to keep the grid-anode capacitance of the discharge device relatively low, part of the outer surface of the jacket 32 made of titanium is fused to the surface of the bore 26 as at 38. The fusion can be established by inserting a connecting spacer made of copper or nickel between the parts forming the coaxial fusion 28. In order to compensate for the different expansion coefficients of the material of the core 30 and the material of the jacket 32, the vacuum-tight fusion 38 is formed between parts of the anode core and the anode jacket which are axially separated from the part of the jacket which is fused to the ceramic jacket 24, and a gap 40 is provided between the outer surface of the anode core 30 and the inner surface of the anode jacket 32 in the region of the coaxial fusion 28 so that stresses therebetween are avoided. It can be seen that the gap 40 can be very small, for example on the order of 2.5 X 10 ^-3 mm (0.1 mil). It is important that the anode core must not be fused to the anode jacket in the area of the coaxial fusion 28. When the anode is attached only to the fusion 28, the gap between the anode and the grid is essentially constant regardless of temperature fluctuations.

In dem in F i g. 2 abgebildeten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung kann der Hochfrequenzanschluß der Anode 12 über den Teil des Kerns 30 vorgenommen werden, der sich von der Entladungseinrichtung nach außen erstreckt, so daß ein etwas größerer Weg für die Ströme entsteht, oder der Hochfrequenzanschluß kann direkt an der freiliegenden Fläche des Anodenmantels 32 vorgenommen werden. Daher ist hier ein ringförmiger Anodenmantel 42 vorhanden, der sich axial über die Keramikhülle 24 hinaus erstreckt und damit die Ausbildung des Hochfrequenzanschlusses am Mantel bedeutend erleichtert. Bei diesem Ausführungsbeispiel verläuft ein zylindrischer Anodenkern 44 axial zum Mantel 42 und ist mit diesem durch eine Verschmelzung 46 vakuumdicht verbunden, die axial von der Verschmelzung 28 zwischen der Keramikhülle 24 und dem Mantel 42 getrennt ist. Es ist ersichtlich, daß bei diesem Ausführungsbeispiel die hochfrequenten Ströme direkt entlang der glatten Außenfläche des Mantels 42 fließen, wodurch jegliche elektrische Unterbrechung vermieden wird, die eine zusätzliche Reaktanz und Verluste im Kreis hervorrufen könnte. Ein Zwischenraum 48 ist zwischem dem Anodenkern 44 und dem Anodenmantel 42 vorhanden, um mechanische Spannungen dazwischen zu vermeiden.In the one shown in FIG. 2 illustrated embodiment according to the invention, the high-frequency connection the anode 12 are made over the part of the core 30 which extends outwardly from the discharge means, so that a somewhat larger path for the currents is created, or the high-frequency connection can be connected directly to the exposed Surface of the anode jacket 32 are made. Hence, here is an annular anode jacket 42 is present, which extends axially beyond the ceramic shell 24 and thus the training the high-frequency connection on the jacket is much easier. In this embodiment it runs a cylindrical anode core 44 axially to the jacket 42 and is connected to this by a fusion 46 connected in a vacuum-tight manner, the axially of the fusion 28 between the ceramic shell 24 and the jacket 42 is separated. It can be seen that in this embodiment, the high-frequency Currents flow directly along the smooth outer surface of the jacket 42, eliminating any electrical Interruption is avoided, which cause additional reactance and losses in the circuit could. A gap 48 is present between the anode core 44 and the anode jacket 42, to avoid mechanical tension in between.

Im in F i g. 3 abgebildeten Ausführungsbeispiel ist die Keramikhülle 24 durch eine vakuumdichte Ver-In FIG. 3 illustrated embodiment, the ceramic shell 24 by a vacuum-tight connection

Schmelzung 28 mit einem Mantel 50 verbunden. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat der Anodenmantel 50 an seinem Umfang zwei nach innen gerichtete Flansche 52 und eine vakuumdichte Verschmelzung 54, die zwischen diesen Flanschen und dem Anodenkern 56 an axial getrennten Stellen sowohl oberhalb als auch unterhalb der Verschmelzung 28 ausgebildet ist, wobei durch den Zwischenraum 58 mechanische Spannungen dazwischen vermieden werden.Melt 28 connected to a jacket 50. In this embodiment, the anode jacket 50 has two inwardly directed flanges 52 on its circumference and a vacuum-tight fusion 54, which is formed between these flanges and the anode core 56 at axially separate locations both above and below the fusion 28, with the gap 58 mechanical stresses in between are avoided.

In dem in F i g. 4 abgebildeten Ausführungsbeispiel ist die Keramikhülle 24 durch die vakuumdichte Verschmelzung 28 mit einem rohrförmigen Mantel 60 verbunden. Der Anodenkern 62 hat im allgemeinen einen I-Querschnitt, der einen Zwischenraum64 zwischen der Innenfläche des Anodenmantels 60 und dem Kern 62 im Bereich der vakuumdichten Verschmelzung 28 erzeugt. DerIn the one shown in FIG. The embodiment shown in FIG. 4 is the ceramic shell 24 due to the vacuum-tight Fusion 28 connected to a tubular jacket 60. The anode core 62 has in generally an I-cross section that has a gap 64 between the inner surface of the anode jacket 60 and the core 62 in the area of vacuum-tight fusion 28 is generated. Of the

10 Kern 62 ist mit dem Mantel 60 durch vakuumdichte Verschmelzungen 66 verbunden, die sowohl oberhalb als auch unterhalb der Verschmelzung 28 davon getrennt vorhanden sind. 10 the core 62 is connected to the casing 60 by vacuum tight fusions 66, both above and which are provided separately below the fusion 28th

Im in F i g. 5 abgebildeten Ausführungsbeispiel ist die Keramikhülle 24 durch eine vakuumdichte Verschmelzung 28 mit einem Anodenmantel 68 verbunden. Der Anodenmantel 68 weist an seinem Umfang einen nach innen gerichteten Flansch 70 auf, der innen mit einem Gewinde versehen ist Ein Kern 72 ist mit einem nach außen gerichteten Flansch 74 versehen, dessen untere Fläche die aktive Anodenfläche bildet. Am oberen Ende des Anodenkerns 72 ist ein mit Gewinde versehener Teil 76 vorhanden, der mechanisch mit dem Innengewinde des Flansches verbunden ist Der untere Teil des Anodenmantels 68 ist mit dem Kern 72 durch eine Verschmelzung 78 vakuumdicht verbunden.In FIG. The embodiment shown in FIG. 5 is the ceramic shell 24 by being vacuum-tight Fusion 28 connected to an anode jacket 68. The anode jacket 68 has on its periphery an inwardly directed flange 70 which is internally threaded. A core 72 is provided with an outwardly directed flange 74, the lower surface of which is the active anode surface forms. At the top of the anode core 72 is a threaded portion 76 which which is mechanically connected to the internal thread of the flange The lower part of the anode jacket 68 is connected to the core 72 in a vacuum-tight manner by a fusion 78.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. High frequency discharge device with a ceramic shell and one in a bore the ceramic shell attached composite anode, which consists of an anode jacket and a The anode core consists, the anode casing with the wall of the bore and the anode core with the anode jacket inside the ceramic shell near the active surface of the Anoderikerns is fused with this, characterized in that the both sides the anode jacket (42, 50, 60, 68) protruding from the wall of the bore, at one point (26) is fused between its two ends with this wall.

2. High-frequency discharge device according to claim 1, characterized in that the The anode jacket (50) is provided with inwardly directed flanges (52) at both of its ends fused to the anode core (56) (Fig. 3).

3. High-frequency discharge device according to claim 1, characterized in that the Anode core (62) at the level of the ends of the anode jacket (60) with annular thickenings is provided with which the anode jacket (60)

in the vicinity of the active surface (36) and additionally fused at its other end is (Fig. 4).

4. High frequency discharge device according to Claim 1, characterized in that the anode jacket (68) on the one from the ceramic casing (24) protruding end is provided with an internal thread and that the anode core (72) is screwed into this thread (Fig. 5).

5. High-frequency discharge device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the ceramic shell (24) consists of forsterite ceramic that the anode jacket (42) consists of a material whose coefficient of thermal expansion with that of the ceramic material essentially corresponds, and that the anode core (44) consists of molybdenum.