DE681067C - Electric discharge vessel with gas or vapor filling - Google Patents

Description

Elektrisches Entladungsgefäß mit Gas- oder Dampffüllung Die Erfindung b@ezmeht sich auf einelektrisches Entladungsgefäß mit Gas- oder Dampffüllung und mit indirekt, nämlich durch Strahlung von einem Heizkörper her, geheizter Großoberflächenhohlkatho.de. Als Druck der Röhrenfüllung kommt dabei vorzugsweise ein geringer, dem Hochvakuum sieh nähernder Druck in Frage.Electric discharge vessel with gas or vapor filling The invention b @ ezmeht on an electrical discharge vessel with gas or vapor filling and with indirectly, namely by radiation from a radiator, heated large surface hollow catho.de. The pressure of the tube filling is preferably a low, the high vacuum see approaching pressure in question.

Es sind bereits Großoberflächenhohlkathoden bekannt, bei denen mittels Wärmestrahlung die Emissionsflächen erhitzt werdem, die sich an der Innenwandung eines zylindrischen Körpers befinden. Diese Kathoden weisen insofern ,einen. empfindlichen Nachteil. auf, als den Elektronen für den Austritt aus dem Kathodenraum nur eine verhältnismäßig enge Öffnung zur Verfügung steht, wodurch, inshesondere bei geringen Drücken, ein verhältnismäßig hoher Spannungsabfall auftritt. Des weiteren sind Großoberflächenhohlkathoden bekannt, bei denen die mit einer Emis;sions,-schicht bedeckten Emissionsflächen radiatorartig an einer Heizpatrone- angebracht sind. Ihre Erhitzung erfolgt im wesentlichen durch Wärmeleitung von der Heizpatrone aus. Derartige Kathoden zeigen :den Nachteil, daß infolge der Wärmeleitungdme Träger -der Emissionsschicht höher erhitzt sind als die Oberfläche der Emissionsschicht, während es erwünscht ist, daß gerade umgekehrt die Oberflächen der Emissionsschichten die höchste Temperatur aufweisen. Durch. die vorliegende Erfindung werden. die geschilderten Nachteile vermieden. Erfindungsgemäß besteht aderemittierende Teil einer indirekt, und zwar durch Strahlung, geheizten Großoberflächenhohlkathode fürelektrische Entladungsgefäße mit Gas- oder Dampffüllung, insbesondere mit niedrigen, dem Hochvakuum sieh nähernden Drucken aus einer Anzahleinzelner, um einen zentralen. Heizkörper angeordneten Hohlzellen, welche nach dem Heizkörper zu und in der Richtung nach dem Entladungsraum Öffnungen besitzen. Diese Öffnungen, sind so beschaffen, daß einerseits die Elektronen aus jeder einzelnen Zelle radial nach außeü direkt in den Entladungsraum gelangen. können, anderseits die Eleitronen emiitierendon Flächen in ihrer gesamten Ausdehnung von dem zentralen Heizkörper her lediglich durch Strahlung beheizt werden. Der Abstand der gegenüber-Liegenden Zellenwände und die Zellentiefe sind so gewählt, daß der Abstand der Zellenwände nicht kleiner als die doppelte Elektronenweglänge ist und nur Öffnungswinkel von weniger als etwa 3o° für die ungenutzt hindurchtretenden Wärmestrahlen. zwischen den Zellenwänden frei bleiben.Large-surface hollow cathodes are already known in which by means of Thermal radiation the emission surfaces are heated, which are located on the inner wall of a cylindrical body. To this extent, these cathodes have a. sensitive Disadvantage. on, as the electrons for the exit from the cathode compartment only one relatively narrow opening is available, which, especially at low Pressing, a relatively high voltage drop occurs. Furthermore, large-surface hollow cathodes are used known in which the emission surfaces covered with an emission layer Are attached like a radiator to a heating cartridge. They are essentially heated by conduction from the heating cartridge. Such cathodes show: the disadvantage that as a result of the heat conduction, the carriers of the emission layer are more heated than the surface of the emission layer, while it is desirable that the reverse is true the surfaces of the emission layers have the highest temperature. By. become the present invention. the disadvantages described avoided. According to the invention the emitting part consists of an indirectly, by radiation, heated Large-surface hollow cathode for electrical discharge vessels with gas or vapor filling, in particular with low, high-vacuum prints from a number of individual items, around a central. Radiator arranged hollow cells, which after the radiator have openings to and in the direction towards the discharge space. These openings are such that on the one hand the electrons from each individual cell are radial to the outside go directly into the discharge space. can, on the other hand the electrons emiitierendon surfaces in their entire extent from the central radiator can only be heated by radiation. The distance between the opposites Cell walls and the cell depth are chosen so that the distance between the cell walls is not less than twice the electron path length and only aperture angle of less than about 30 ° for the unused heat rays passing through. between the cell walls remain free.

Die Kathode nach der Erfindung zeichnet sich .dadurch aus, daß -der Austritt der Elektronen aus den Hohlräumen- der Kathode durch die :dem Entladungsraum frei gegenüberstehenden Öffnungen sehr erleichtert wird, ein Umstand, welcher besonders dann von Bedeutung isst, wenn die Röhre mit einem Gas oder Dampf von geringem Druck gefüllt ist. Das elektrische Feld kann hier sehr gut in die Hohlräume der Kathode eingreifen und die Elektronen in den Entladungsraum befördern. Ein weiterer wichtiger Vorzug der Kathode ist in der gleichmäßigen Erwärmung der emittierenden Flächen zu sehen, welche nicht durch Wärmeleitung, sondern durch Wärmestrahlung von dem zentral angeordneten Heizkörper her verfolgt. Eine etwa größere Erwärmung der Kathodenflächen in der Nähe des Heizkörpers wird, wie sich gezeigt hat, offenbar infolge des Aufprallens der Ionen und idie dadurch erfolgende Aufhetzung der Randgebiete völlig ausgeglichen.The cathode according to the invention is characterized by the fact that -der The electrons exit the cavities - the cathode through the: the discharge space freely opposite openings very much easier becomes, a circumstance which eats especially of importance when the tube is with a gas or steam is filled with low pressure. The electric field can enter the cavities very well here the cathode intervene and convey the electrons into the discharge space. Another An important advantage of the cathode is the uniform heating of the emitting one To see surfaces which are not due to thermal conduction, but rather to thermal radiation followed by the centrally located radiator. Somewhat greater warming of the cathode surfaces in the vicinity of the radiator is, as has been shown, evident as a result of the impact of the ions and the resulting agitation of the peripheral areas completely balanced.

Hohlkathoden, welche durch parallele Wände in einzelne Zellen unterteilt sind, wurden als selbstgeheizte Kathoden bereits ausgebildet. Solche Kathodenenthalten gelegentlich einen im Zentrum angeordneten fremdgeheizten Teil, doch handelt es sich dabei nicht um einen die ganze Kathode durchsetzenden, zur Erhitzung der emittierenden Oberfläche dienenden Heizkörper, sondemum eine die Zündung erleichternde Hilfskathode, welche sich nur über einen Teil der Kathodenlänge erstreckt.- Die Bauart der bekannten Kathoden sowie ihre Betriebsweise ist demnach von der der Kathode.nachder Erfindung ,grundsätzlich verschieden.Hollow cathodes, which are divided into individual cells by parallel walls are already designed as self-heated cathodes. Include such cathodes occasionally an externally heated part arranged in the center, but it is It is not a question of one penetrating the entire cathode, for heating the emitting one Surface-serving radiators, with an auxiliary cathode that facilitates ignition, which only extends over a part of the cathode length - the design of the known Cathodes and their mode of operation are therefore different from that of the cathode according to the invention , fundamentally different.

Es ist vorteilhaft, die emittierenden Flächenteile der Kathode in an sich bekannter Weise als parallele flache Ringe auszubilden, welche mit dem emittierenden Stoff überzogen sind. Sämtliche Ringe kann man, wie dies vom Brau direkt geheizter Kathoden bekannt ist,, samt den entsprechenden Verbindungsstücken aus einem einzigen Stück stanzen und durch Umbiegen in die gewünschte gegenseitige Lage bringen.It is advantageous to place the emitting surface parts of the cathode in in a known manner as parallel flat rings, which with the emitting Are covered with fabric. All rings can be heated directly, like this by the brewery Cathodes is known, together with the corresponding connecting pieces from a single one Punch the piece and bring it into the desired mutual position by bending.

Die Wärmeökonomie der Kathode nach der Erfindung läßt sich dadurch weiter verbessern, daß man sie in, üblicher Weise mit einer oder mehreren Wärmeschutzhüllen umgibt, die den Kastenöffnungen benachbarte schlitzartige Öffnungen aufweisen.The heat economy of the cathode according to the invention can thereby further improve that they can be used in the usual manner with one or more thermal protective sleeves surrounds, which have the box openings adjacent slot-like openings.

In der Zeichnung sind eine Reihe von Ausführungsbeispielen nach der Erfindung dargestellt.In the drawing are a number of embodiments according to Invention shown.

Die Fig. z und 2 zeigen eine Großoberflächenhoblkathode,deren beispielsweise aus Wolfram bestehende Heizwendel i von den aus gesintertem Siliciumcarbid bestehenden Stäben 2 getragen wird. über die Heizwendel sind durch die Stäbe 2 elektrisch isoliert die Nickelscheiben 3 geschoben, die die Emissionsschicht tragen. Um den Abstand von der Heizwendel i zu verringern, können die Nickelscheiben Aussparungen q. zur Aufnahme der Stäbe 2 aufweisen. Die Nickelscheiben können durch Stanzen in der Weise hergestellt werden, .daß zur metallischen Verbindung zwischen den -einzelnen Scheiben Brücken 5 gelassen werden, wie sie beispielsweise in Fig.3 gezeigt sind. Durch Falten dieser Nickelscheßbenkette läßt sich leicht ein radiatorartiger Körper herstellen: Die in Fig. q. dargestellte Kathode unterscheidet sich von der nach Fig. i dadurch, daß die von der Emissionsschicht bedeckten Nickelscheiben 3 tellerartig gedrückt sind, so daß .die ungenutzt austretende Wärmestrahlung von der Wolframspirale her noch weiter vermindert wird.Figs. Z and 2 show a large surface planar cathode, for example heating coil made of tungsten i of those made of sintered silicon carbide Rods 2 is supported. The rods 2 are electrically insulated via the heating coil pushed the nickel disks 3, which carry the emission layer. About the distance of the heating coil i, the nickel disks can have recesses q. to the Have recording of the rods 2. The nickel discs can be punched in the way be made, .that for the metallic connection between the individual panes Bridges 5 are left, as shown for example in Figure 3. By folding A radiator-like body can easily be produced from this nickel disc chain: The in Fig. Q. The cathode shown differs from the one according to FIG. that the nickel disks 3 covered by the emission layer are pressed like a plate are, so that .the unused heat radiation exiting from the tungsten spiral is further reduced.

Aus Fig. 5 ersieht man, daß von allen Wärmestrahlen, die von einem beliebigen Punkt 6 ausgehen, nur ein Teil in einem Winkel a von höchstens 3o° die Kathode ungenutzt verlassen kann, während der-übrigeTeil, wie man weiter aus der Figur sieht, durch die Oxyd-Rächen abgefangen wird..From Fig. 5 it can be seen that of all heat rays emitted by one starting at any point 6, only a part at an angle a of at most 3o ° the Cathode can be left unused while the remaining part of how to continue from the Figure sees, through which Oxyd avenging is intercepted ..

Fig. 6 zeigt eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kathode. Die einzelnen Trägerelemente 7 der Emissionsschicht sind kastenförmig ausgebildet und zweckmäßig aus einem gestanzten Blechstreifenhergestellt, wie er in Fig. 7 gezeigt ist; und zwar ist der in Fig.7 dargestellte Blechstreifen in der Weise zu den kastenförmigen Teilen. 7 gebogen, daß sich jeweils ein Kasten mit einer 'O' ffnung nasch oben und ein Kasten mit einer Öffnung nach unten abwechseln. Die zweckmäßig aus gesintertem Siliciumcarbid hergestellten Stäbe '2 tragen auch bei dieser Ausführung die Wolframspirale i. 8 und sind ,die Zuleitungen zu der Heizspirale; mit io ist die Zuleitung zu den Emissionskästen bezeichnet. Zur Erhöhung der Wärmebkonomie ist es zweckmäßig, beispielsweise die Ausführung der erfindungsgemäßen Kathode nach Fig. 6 mit einem oder mehreren Wärmeschutzzylindern i i zu versehen, die schlitzartige Öffnungen 12 aufweisen. Diese schlitzartigen Öffnungen müssen. naturgemäß den taschenartigen Öffnungen der Emissionsflachen benachbart und entsprechend bemessen sein.6 shows another embodiment of the cathode according to the invention. The individual carrier elements 7 of the emission layer are box-shaped and suitably made from a stamped sheet metal strip as shown in FIG is; namely the sheet metal strip shown in Figure 7 in the manner of the box-shaped Share. 7 bent so that there is a box with an 'O' opening on top and alternate a box with an opening downwards. The appropriately made of sintered Bars' 2 made from silicon carbide also carry the tungsten spiral in this embodiment i. 8 and are, the supply lines to the heating coil; with io is the lead to the Emission boxes called. To increase the heat economy, it is useful, for example the embodiment of the cathode according to the invention according to FIG. 6 with one or more To provide heat protection cylinders i i, which have slot-like openings 12. These slot-like openings must. naturally the pocket-like openings of the Emission areas must be adjacent and dimensioned accordingly.

Die Ausführung nach Fig.9 unterscheidet sich von der nach Fig.6dadurch, da.ß der kastenförmige Träger der Emissionsschicht nicht aus einem gefalteten Band hergestellt ist, sondern vielmehr aus einzelnen gestanzten Profilscheiben gefertigt wird, die dann zu Einzelkästen gebogen werden können. Die einzelnen Kästen: 13 weisen Löcher 1q. auf, durch die die Stäbe 2 geführt sind, die auch bei dieser Ausführung die Wolframwendel i tragen. Mit zo ist die Zuleitung bezeichnet, an die .die einzelnen Kästen beispielsweise angeschweißt und somit zu dem System zusammengesetzt sind. In Fig. i o sind zwei Zuleitungen. i o dargestellt. Die einzelnen Kästen. sind mit diesen Zuleitungen in der Weise verschweißt, daß die taschenförmigen Öffnungen abwechselnd nach der einen und der anderen Richturig geöffnet sind. Man erreicht dies dadurch, daß man die einzelnen Kästen wechselweise an die eine oder die andere Zuleitung ansichweißt.The embodiment according to Fig. 9 differs from the one according to Fig. 6 in that that the box-shaped support of the emission layer does not consist of a folded tape is made, but rather made of individual stamped profile disks which can then be bent into individual boxes. The individual boxes: 13 points Holes 1q. on, through which the rods 2 are guided, also in this embodiment wear the tungsten filament i. The feed line to which the individual Boxes are welded, for example, and thus assembled into the system. In Fig. I o are two leads. i o shown. The individual boxes. are with these supply lines are welded in such a way that the pocket-shaped openings alternate are properly opened according to one and the other. This is achieved by that the individual boxes are alternately connected to one or the other supply line itself.

Die Fig. i i zeigt den Stanzteil für einen Kasten.Fig. I i shows the stamped part for a box.

In Fig. 12 ist ein Quersichnitt und in Fg. 13 ein Längsschnitt einer Ausführungsform dargestellt, bei der die von den Stäben 2 gertragene Heizwendel i nach Arteines Schaufelrades von den Trägerflächen der Emissionsschicht umgeben ist. Die Trägerflächen sind an den Stirnseiten mit Blechen 15 verschweißt. Man kann eine derartige Anordnung der Trägerflächen auch dadurch erzielen, daß man bei ein-ein zylinderförmigen Stanzgitter die Gitterstreifen um etwa q.5° schränkt. Es lassen sich auch mehrere derartige Gitterzylinder ineinanderstecken, wodurch der Abstand der geschränkten Gitterstreifen verringert wird.In Fig. 12 is a cross section and in Fig. 13 is a longitudinal section of a Embodiment shown in which the carried by the rods 2 heating coil i surrounded by the carrier surfaces of the emission layer in the manner of a paddle wheel is. The support surfaces are welded to metal sheets 15 at the end faces. One can such an arrangement of the support surfaces can also be achieved by one-on-one cylindrical punched grid restricts the grid strips by about q.5 °. Leave it several such lattice cylinders fit into one another, whereby the distance the set grid strip is reduced.

In Fig. 14 sind zur Erhöhung der Wirkungsweise beispielsweise drei Kathodenkörper nach Fig. 6 in der Weise kombiniert, daß die aneinanderstoßenden Kanten der Stirnflächen ein gleichseitiges Dreieck bilden. Die Kathodenkörper sind dabei zweckmäßig so angeordnet, daß die Kastenöffnungen nach den Räumen 17, 18, ig ;gerichtet sind. Zur Erhöhung der Wärmeökonomie des Systems kann ein gemeinsamer Wärmneschutzzylinder 16 vorgesehen sein..In Fig. 14, for example, there are three to increase the efficiency The cathode body of FIG. 6 combined in such a way that the abutting Edges of the end faces form an equilateral triangle. The cathode bodies are expediently arranged so that the box openings to the rooms 17, 18, ig; are directed. To increase the heat economy of the system, a common Thermal protection cylinder 16 may be provided.

In allen vorstehend beschriebenen Fällen sind die Emissionsflächen so angeordnet, daß der Winkel der ungenutzt austretenden Wärmestrahlung eines beliebigen Punktes in der Ebene der langgestreckten Wärmequelle kleiner ist als etwa 30° und daß ferner der geringste Abstand der parallelen Emissionsflächen gleich der doppelten Elektronenweglänge ist; anderseits ist der Heizkörper an allen Fällen so lang, daß die emittierenden. Flächen in ihrer gesamten Ausdehnung von dem zentralen Heizkörper durch Strahlung beheizt werden.In all cases described above, the emission areas are arranged so that the angle of the unused heat radiation exiting any Point in the plane of the elongated heat source is less than about 30 ° and that furthermore the smallest distance between the parallel emission surfaces is twice that Is electron path length; on the other hand, the radiator is so long in all cases that the emitting. Areas in their entire extent from the central radiator be heated by radiation.

Claims (7)

PATENTANSPRLICIIL: i. Elektrisches Entladungsgefäß mit Gas- oder Dampffüllung, insbes ordere mit niedrigen, dem Hochvakuum sich nähernden Drucken und mit indirekt geheizter Großoberfiächenhohlkathode, deren Elektronen emittierende Oberflächen. von einem Glühkörper unmittelbar bestrahlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühkathode durch eine Anzahl einzelner, um einen zentralen Heizkörper angeordneter Hohlzellen gebildet ist, welche nach dem Heizkörper zu und in der Richtung nach dem Entladungsraum derartige Öffnungen besitzen, daßeinerseits die Elektronenaus jeder einzelnen Zelle radial nach außen direkt in den Entladungsraum gelangen können, anderseits die exnittierenden Flächen in ihrer gesamten Ausdehnung von dem zentralen Heizkörper her lediglich durch Strahlung beheizt werden; wobei der Abstand :der gegenüberliegenden Zellenwände und die Zellentiefe so gewählt sind, daß ;die Abstände der Zellenwände nicht kleiner als die doppelte freie Weglänge der Elektronen sind und nur öffnungswinkel von weniger als etwa 3o° für die ungenutzt hindurchtretenden Wärmestrahlen zwischen den Zellenwänden frei bleiben. PATENT APPLICATION: i. Electric discharge vessel with gas or vapor filling, especially order with low pressures approaching the high vacuum and with indirect heated large-surface hollow cathode, whose electron-emitting surfaces. are irradiated directly by an incandescent body, characterized in that the Hot cathode by a number of individual ones arranged around a central heating element Hollow cells are formed, which towards the radiator and in the direction towards the discharge space have such openings that on the one hand the electrons each individual cell can reach the discharge space radially outwards, on the other hand, the exiting surfaces in their entire extent from the central one Radiators are only heated by radiation; where the distance: the opposing cell walls and the cell depth are chosen so that; the distances the cell walls are not smaller than twice the free path of the electrons and only opening angles of less than about 3o ° for those that pass through unused Heat rays remain free between the cell walls. 2. Entladungsgefäß nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühkathode aus parallel zueinander verlaufenden flachen Ringen zusammengesetzt ist und der Heizkörper sich durch die öffnung der Ringe erstreckt. 2. Discharge vessel according to claim i, characterized in that the hot cathode consists of mutually parallel flat rings and the radiator extends through the opening of the Rings stretches. 3. Entladungsgefäß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rachen Ringe, die vorzugsweise aus Nickelblech bestehen, durch schmale Verbindungsstücke (5) miteinander verbunden sind; so daß die sämtlichen Ringe in einem einzigen Stück gestanzt und durch Umbiegen in die richtige Lage gebracht werden können. q.. 3. Discharge vessel according to claim 2, characterized in that the throat rings, which are preferably made of sheet nickel, through narrow connecting pieces (5) are interconnected; so that all of the rings are in a single piece can be punched and brought into the correct position by bending. q .. Entladungsgefäß nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die .einzelnen Ringflächen schwach gekrümmt, zweckmäßig tellerförmig gedrückt sind. Discharge vessel according to claim 2 and 3, characterized in that the .individual ring surfaces are weak curved, are suitably pressed plate-shaped. 5. Entladungsgefäß- nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kathode bildenden Elemente kastenförmig ausgebildet sind. 5. discharge vessel according to claim i, characterized in that the elements forming the cathode are box-shaped are. 6. Entladungsgefäß nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein gestanzter Blechstreifen derart zu kastenförmigen Kathodenteilen gebogen ist, daß jeweils die Öffnungen zweier benachbarter Kästen in entgegengesetzter Richtung liegen. 6. Discharge vessel according to claim 5, characterized in that a punched one Sheet metal strip is bent to box-shaped cathode parts that each Openings of two adjacent boxes are in opposite directions. 7. Entladungsgefäß nach Anspruch 5 und 6, :dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkathode von einem oder mehreren Wärmes,chutzzylindern umgeben ist, die den Kastenöffnungen benachbarte schlitzartige Öffnungen aufweisen. B. Entladungsgefäß nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die kastenförmigen Kathodenelemente aus einzelnen ;gestanzten Profilscheiben hergestellt sind. g. Entladungsgefäß nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenelem, ente so beschaffen sind, daß sie die Heizwendel nach Art eines Schaufelrades umgeben. io. Entladungsgefäß nach Anspruch. i und folgenden, dadurch gekexmzeichn-et, daß drei der durch. kastenförmige Trägerelemente gebildetcn Hohlkathoden in der Weise zusammengehaut sind, daß die aneinanderstoßenden Kanten der Stnrnflä.chen ein gleichseitiges Dreieck bilden.7. Discharge vessel according to claim 5 and 6, characterized in that the hollow cathode of one or is surrounded by several heat, protective cylinders, which are adjacent to the box openings Have slot-like openings. B. discharge vessel according to claim 5, characterized in that that the box-shaped cathode elements are made from individual, stamped profile disks are made. G. Discharge vessel according to Claim i, characterized in that the cathode elements, duck are designed in such a way that they remove the heating coil surrounded in the manner of a paddle wheel. ok Discharge vessel according to claim. i and following, thereby gekexmzeichn-et that three of the. box-shaped support elements formed Hollow cathodes are hewn together in such a way that the abutting edges of the surface area form an equilateral triangle.