DE687087C - Elektrisches Gas- oder Dampfentladungsgefaess - Google Patents

Elektrisches Gas- oder Dampfentladungsgefaess

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DE687087C
DE687087C DE1937S0129310 DES0129310D DE687087C DE 687087 C DE687087 C DE 687087C DE 1937S0129310 DE1937S0129310 DE 1937S0129310 DE S0129310 D DES0129310 D DE S0129310D DE 687087 C DE687087 C DE 687087C
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DE
Germany
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cathode
discharge vessel
tube
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discharge
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Expired
Application number
DE1937S0129310
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English (en)
Inventor
Dr Alfred Puetzer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens and Halske AG
Siemens AG
Original Assignee
Siemens and Halske AG
Siemens AG
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Publication date
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J17/00Gas-filled discharge tubes with solid cathode
    • H01J17/50Thermionic-cathode tubes
    • H01J17/52Thermionic-cathode tubes with one cathode and one anode
    • H01J17/54Thermionic-cathode tubes with one cathode and one anode having one or more control electrodes

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  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Description

  • 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.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Elektrisches Gas- oder Dampfent-1-adungsgefäß mit direkt geheizter Oxydhohlkathode, die aus einem vorzugsweise aus dünnem Blech hergestellten, an seinen beiden Enden mit je einer Stromzuführung versehenen Metallrohr besteht, welches einseitig einen über den ganzen wirksamen Kathodenteil reichenden Längsschlitz für den Durchtritt der Entladung aufweist und dessen innere Oberfläche mit elektronenaktivem Stoff überzogen ist.
  2. 2. Entladungsgefäß nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in die Enden des Kathodenrohres zum Zwecke der Stromzuführung und Halterung massive Drähte eingeschoben und mit den Rohrenden fest verbunden, vorzugsweise verschweißt sind.
  3. 3. Entladungsgefäß nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kathodenrohr aus Nickel besteht. d..
  4. Entladungsgefäß nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Kathodenrohres größer ist als die mittlere freie Elektronenweglänge bei dem gegebenen Gasdruck.
  5. 5. Entladungsgefäß nach Anspruch i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß zwecks besseren Haftens der Oxydmasse die Innenfläche des Kathodenrohres aufgerauht ist.
  6. 6. Entladungsgefäß nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz in dem Kathodenkörper von der Anode abgewandt ist. Entladungsgefäß nach Anspruch i bis 6 mit einem Vorrat von verdampfbarem Metall, dadurch gekennzeichnet; daß der Schlitz irin Kathodenkörper nach diesem Vorrat hin gerichtet ist. B. Verfahren zur Herstellung der Kathode eines Entladungsgefäßes nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, Saß das Kathodenrohr aus Blech durch Biegen über einen Dorn hergestellt wird.
DE1937S0129310 1937-10-29 1937-10-29 Elektrisches Gas- oder Dampfentladungsgefaess Expired DE687087C (de)

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