-
Elektrisches Gas-' oder Dampfentladungsgefäß Die a orliegende Erfindung
betrifft ein elektrisches Entladungsgefäß mit Gas- oder Dampffüllung und mit einer
direkt beheizten Oxydglühkathode. Bei Bau von Glühkathoden für derartige Röhren
mußte der Konstrukteur auf verschiedene Forderungen Rücksicht nehmen. Ebenso wie
bei Hochvakuumröhren wird ja auch bei gasgefüllten Entladungsgefäßen eine große
Lebensdauer angestrebt. Die Kathode muß daher entsprechend ausgebildet werden, daß
sie nicht zu rasch ihre Emissionsfähigkeit, beispielsweise durch Loslösung der emissionsfähigen
Stoffe, verliert. Ferner wird von einer Kathode für Gasentladungsröhren eine kleine
Anheizzeit gefordert.
-
Die erste Forderung erfüllen am besten die Hohlkathoden oder Kathoden
mit großer Oberfläche. Diese Kathoden sind in der Regel indirekt geheizt. Die Anheizzeit
ist verhältnismäßig groß, was im Betrieb von Entladungsgefäßen als Nachteil empfunden
wird. Hingegen ist bei den Hohlkathoden der Schutz der emissionsfähigen Schicht
vor der Ablösung vom Träger durch schnelle Ionen ein sehr guter. Die zur Raumladungsaufhebung
erforderlichen Ionen können im wesentlichen nur durch die Diffusion in den feldfreien
Innenraum der Hohlkathode gelangen. Die Geschwindigkeit, mit welcher sie auf die
emissionsfähige Schicht auftreffen, ist daher nur gering. Außerdem -gelangen Teile
der Schicht, welche sich von einer Stelle der Kathodenoberfläche ablösen, wieder
auf andere
Flächenteile der Kathode. Die zweitgenannte Förderung
einer kleinen Anheizzeit erfüllen am besten die direkt geheizten Kathoden; doch
diese zeigen wieder den Nachteil, daß sehr leicht die emissionsfähige Schicht abbröckeln
und dadurch die Lebensdauer verkürzt werden kann.
-
Die Erfindung betrifft ein Gas- oder.Dampfentladungsgefäß mit einer
direkt geheizten Oxydkathode, welche die beiden oben ausgesprochenen Forderungen
gleichzeitig erfüllt und außerdem einen sehr einfachen Aufbau zeigt. Erfindungsgemäß
besteht bei einem solchen Entladungsgefäß die Oxydkathode aus einem vorzugsweise
aus dünnem Blech hergestellten, an seinen beiden Enden mit je einer Stromzuführung
versehenen Metallrohr, welches einseitig eine über den ganzen wirksamen Kathodenteil
reichenden Längsschlitz für den Durchtritt der Entladung in sein Inneres aufweist
und dessen innere Oberfläche mit elektronenaktivem Stoff überzogen ist. Das Kathodenrohr
kann z. B. durch Biegen eines Bleches über einen Dorn hergestellt werden. Die Innenseite
des Rohres wird voreilhaft aufgerauht, um ein besseres Haften der Oxydschicht zu
ermöglichen. Die Außenseite des Kathodenrohres wird zweckmäßig blank poliert, um
eine geringe Abstrahlung der Wärme zu erhalten. Die Kathode wird vorteilhafterweise
so in das Entladungsgefäß eingebaut, daß die schlitzförmige Öffnung von der Anode
abgewandt ist.
-
Durch diese Anordnung wird dasselbe erreicht wie bei den bekannten
Hohlkathoden, daß nämlich die schnellen Ionen nur die Außenseite des geschlitzten
Rohres treffen, nicht aber die aktive Schicht, und daß die zur Raumladungsaufhebung
erforderlichen Ionen im wesentlichen nur durch die Diffusion in das Rohrinnere kommen,
also keine große Geschwindigkeit besitzen. Es ist vorteilhaft, den Durchmesser des
Kathodenrohres größer als die mittlere freie Elektronenweglänge zu wählen; doch
ist die Einhaltung dieser Bedingung nicht unbedingt erforderlich, da die Ionen keine
stark bevorzugte Einfallsrichtung besitzen. Auch die praktischen Versuchsergebnisse
lassen darauf schließen, daß diese Bedingung nicht so unbedingt eingehalten werden
muß.
-
Eine Röhre nach der Erfindung besitzt aber auch noch den Vorteil einer
sehr geringen Anheizzeit der Kathode. Ein dünnwandiges geschlitztes Rohr, welches
direkt vom Heizstrome durchflossen wird, heizt sich sehr rasch auf, denn die Wärmekapazität
ist infolge der geringen Masse nur klein, und auch sonst tritt keine Verzögerung
im Erreichen der Temperatur ein, wie es bei indirekt geheizten Kathoden der Fall
ist, bei welchen die Emissionsschicht erst durch Wärmeleitung oder Wärmestrahlung
vom Heizkörper her erhitzt werden muß. Die neue Kathode vereinigt also die Vorteile
der direkt geheizten Kathoden; nämlich den der kleinen Anheizzeit, mit dem typischen
Vorteil der Hohlkathoden, nämlich des Schutzes der aktiven Schicht vor schnellen
Ionen.
-
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist in der Konstanz der elektrischen
Eigenschaften der Glühkathode zu sehen. Einerseits wird ja der Abbau der emissionsfähigen
Schicht verhindert und somit die gewünschte Emissionsfähigkeit ständig aufrechterhalten.
Ferner wird auch die für eine bestimmte Emission notwendige Heizleistung nicht dadurch
geändert, daß die emissionsfähige Schicht im Laufe des Betriebes Änderungen unterworfen
ist und das Teilstrahlungsvermögen von Teilen der aktiven Mässe Schwankungen zeigt;
denn da die Kathode, soweit sie mit aktiver Masse belegt ist, die Eigenschaften
eines schwarzen Körpers aufweist, ist die Gesamtwärmestrahlung von dein Teilstrahlungsvermögen
der aktiven Masse unabhängig. Darin ist aber ein großer Vorteil zu sehen, da während
der ganzen Betriebsdauer bei gleicher Heizleistung dieselbe Kathodentemperatur aufrechterhalten
wird, was bei den anderen bekannten direkt geheizten Kathoden nicht der Fall ist.-
Für den Röhrenkonstrukteur tritt noch die Annehmlichkeit hinzu, daß eine sehr exakte
Temperaturmessung möglich ist, was für den Bau und die Untersuchung von Röhren einen
nicht zu unterschätzenden Vorteil bedeutet.
-
Bei Entladungsröhren nach der Erfindung, welche am Röhrengrunde ein
verdampfbares Metall, z. B. Quecksilber, besitzen; ist die Anordnung der Kathode
mit nach unten gerichtetem Schlitz besonders günstig, da die ausstrahlende Wärme
in der Hauptsache nach dem Kathodenmetall zu gerichtet ist, wodurch eine schnellere
Verdampfung des Quecksilbers herbeigeführt wird. Die Anode andererseits ist bei
dieser Anordnung vor übermäßiger Anstrahlung durch die Kathode geschützt. Die etwa
doch aus dem Schlitz gelegentlich heraustretenden Verdampfungsprodukte der aktiven
Schicht können nicht auf die Anode treffen und damit Anlaß zu Rückzündungen geben.
-
Die sogenannte Kaltzündfestigkeit der Kathode ist :eine sehr große;
denn der emissionsfähige Belag ist vor dem Abbau gut geschützt, und Fackelbildung
kann nur schwer auftreten. Tritt sie doch auf, wird im allgemeinen das sich loslösende
Kathodenmaterial durch die krummen Wände wieder abgefangen.
-
Als Baustoff für den Kathodenkörper verwendet man vorteilhafterweise
Nickel. Die
Entgasung ist gegenüber außen gastierten geschlossenen
Rohren wesentlich leichter möglich; ebenso macht auch die Montage keine besonderen
Schwierigkeiten.
-
Durch die Figuren wird die Erfindung veranschaulicht. Fig. i zeigt
eine Ansicht der Kathode einer Röhre nach der Erfindung von unten. Das geschlitzte
Rohr i, dessen Schlitz 2 vorteilhaft von der (nicht gezeichneten) Anode weggerichtet
ist, wird von den beiden massiven Halte- und Stromzuführungsdrähten 3 und q. getragen,
auf die es aufgeschoben und mit denen es zweckmäßigerweise verschweißt ist. Die
innere Oberfläche des Rohres i ist mit emissionsfähiger Masse belegt.
-
Fig.2 zeigt schematisch die Anordnung der Kathode innerhalb der Entladungsröhre.
Man erkennt deutlich die Anordnung der Kathode 5 gegenüber der Anode 6 bzw. dem
Steuergitter 7 und dem Quecksilbervorrat B. Eine weitere sehr vorteilhafte Ausführungsform
einer Röhre nach der Erfindung zeigt Fig. 3. Bei der Anordnung nach dieser Figur
arbeitet die Kathode g mit zwei Anoden io und r i zusammen. Man kann sich hier die
sonst oftmals notwendigen Kathodenschirme ersparen, ein Vorteil, der in gleicher
Weise auch für einanodige Entladungsgefäße, beispielsweise für Hochspannungsgleichrichter,
gilt.
-
Die Form des Kathodenkörpers muß natürlich nicht eine gestreckte sein
wie in den dargestellten Ausführungsbeispielen, es ist vielmehr ebenso gut möglich,
dem Kathodenkörper Spiralen- oder Mäanderform bzw. eine andere entsprechende Gestalt
zu geben. Auch in die Form bifilarer Wendeln gebrachte sowie 1/- und W-förmig gestaltete
Kathodenrohre lassen sich für Röhren gemäß der Erfindung verwenden, wobei die Lage
des Schlitzes relativ zu den übrigen Elektroden im Sinne des vorher Gesagten gewählt
werden kann. Der Ohmsche Widerstand des Kathodenkörpers läßt sich durch entsprechende
Parallel-oder Hintereinanderschaltung einzelner rohrförmiger Kathodenteile beherrschen.
-
Es ist bereits, worauf noch hingewiesen werden soll, eine gas- oder
dampfgefüllte Entladungsröhre bekannt, deren Kathode aus einem direkt beheizten,
an seinen beiden Enden mit Stromzuführungen versehenen Metallrohr besteht. Die Kathode
weist auch eine Öffnung für den Eintritt der Entladung in das Rohrinnere auf. Im
Gegensatz zu der Erfindung muß bei dieser bekannten Entladungsröhre die Kathodenöffnung
aber sehr klein sein, da bei der bekannten Röhre im Kathodeninneren betriebsmäßig
ein gegenüber dem anderen Teile der Entladungsröhre wesentlich erhöhter Gasdruck
herrschen soll. Der hohe Gasdruck im Kathodeninneren soll eine starke Gasionisation
im Kathodeninneren zur Folge haben. Ein Unterschied zwischen der Erfindung und dem
Bekannten besteht ferner darin, daß die Kathode der bekannten Röhre nicht aktivisiert
ist. überhaupt kommt es bei der bekannten Röhre nicht darauf an, eine hohe Elektronenemission
der Kathodenwände zu erzielen,. sondern nur darauf, auf thermischem, mechanischem
und elektrischem Wege eine starke Gasionisation im Kathodeninneren zu erhalten.
Das ionisierte Gas ist dann gewissermaßen die Kathode der Röhre. Nach allem sind
also die bei Röhren nach der Erfindung und die bei der bekannten Röhre benutzten
Kathoden in bezug auf Arbeitsweise und Aufbau verschieden voneinander. Die Röhre
nach der Erfindung hat der bekannten Röhre gegenüber den Vorteil größerer Ergiebigkeit
der Kathode. Die Kathode von Röhren nach der Erfindung kann beliebig lang gemacht
werden. Zu jeder Stelle ihrer inneren Oberfläche hat die Entladung leicht Zutritt.