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Vakuumröhre mit Gliihkathode.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vakuumröhre mit fester Glühkathode-nicht jedoch WehneltGlühkathode-, welche die Eigenschaft besitzt, dass sie nur einmal in den Glühzustand gebracht zu werden braucht und dann auch beim Sinken der Spannung im Glühen bleibt, so dass die Entladung nicht abreisst.
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die weitere Entladung aufrecht erhält.
Diese Eigenschaft der Röhre wird durch vier Massnahmen erzielt, welche zusammenwirken.
Zunächst wird die Kathode der Röhre so gestaltet, dass sie im Verhältnis zu ihrem Volumen eine kleine Oberfläche hat. Sie muss also mehr kugel-als fadenförmig sein und kann z. B. aus einem kleinen Kohleblock, einer Metallpille od. dgl. bestehen. Zweitens muss die Kathode aus einem Material von möglichst geringer Wärmeleitfähigkeit bestehen. Vorzugsweise kommt Kohle oder ein Stoff von ähnlich schlechter Wärmeleitung, auch z. B. Wolframmetall, zur Anwendung. Drittens muss der Abstand zwischen der Kathode und der Anode klein sein, d. h. er darf in der Regel nur ein geringes Vielfaches des Kathodendurchmessers betragen. Durch diese geringe Entfernung wird die Entladung, die die Form eines Glimmbogens, nicht eines Lichtbogens, besitzen muss, auf einen kleinen Raum zusammengedrängt, so dass die Wärmeableitung gering wird.
Der Elektrodenabstand hängt dabei in gewissem Umfange von dem in der Röhre herrschenden Gasdruck ab. Viertens darf die angewendete Stromstärke nicht zu klein sein, und der Strom ist in der Röhre so lange zu steigern, bis bei dem im Betrieb vorkommenden zufälligen Sinken der Spannung ein Abreissen der Entladung nicht mehr auftritt. Zweckmässig ist der Strom dann noch etwas zu erhöhen. Die Entladungsform des Glimmbogens ist erreicht, sobald an der Anode ein Glimmlicht, also eine die Anode überziehende leuchtende Schicht, ohne glühende Ansatzstelle, an der Kathode ein weissglühender Ansatzfleck der Entladung auftritt.
Eine derartige Röhre besitzt im übrigen die Eigenschaft eines negativen Widerstandes (abfallende Charakteristik) und ist demgemäss mit einem Vorschaltwiderstand zu betreiben.
Wenn man beispielsweise im Vakuum von 0'001 bis 10 mm Druck zwei Elektroden, von denen die Anode a, us gekühltem Metall, die Kathode aus Kohle oder Metall besteht, nach Art einer gewöhnlichen Bogenlampe anordnet, sie zwecks Zündung miteinander in Berührung bringt und wieder auseinander zieht, so entsteht eine, unter Umständen deutlich geschichtete, breite Glimmlichtentladung, die z. B. bei 220 Volt eine Stromstärke von 5-100 Amp. annehmen kann, je nach Anordnung der Elektroden.
Diese Entladung ist selbsttätig, denn die Kathode ist durch die vorübergehende Berührung mit der Anode zur Glühkathode geworden, deren Glühtemperatur nach dem Entfernen der Elektroden voneinander durch die aufprallenden positiven Ionen und durch die vom Entladungsvorgang in Gas und an der Anode erzeugte Wärme selbsttätig aufrecht erhalten wird. Die Wärmewirkung des Entladungsvorganges wird unterstützt, wenn man die Röhre mit einem Gas von hoher Wärmeleitfähigkeit füllt. Gibt man der Röhre ferner eine geeignete Gestalt (kurze Strahlungswege usw.), so kann dadurch auch die strahlende Wärme zur vermehrten Wirkung gebracht werden. Letzteres Hilfsmittel kommt besonders bei hohem Vakuum in Betracht.
Die Ausbildung der Röhre selbst ist im übrigen beliebig. Beispielsweise kann sie nach Art der Liebenröhre mit Gitter- oder siebförmiger Zwischenelektrode versehen sein, hauptsächlich wenn sie als
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Hochfrequenzgenerator für sehr hohe Energien dienen soll. Es sind aber auch alle anderen Anwendungformen brauchbar, wie sie bei Apparaten, die mit Glühkathode im gasverdünnten Raum oder in hohen Vakuum arbeiten, bekannt sind.
Die anfängliche Heizung kann, wie erwähnt, auf irgendeine Art bewirkt werden, also z. B. ausser durch Berührung der Elektroden (Kathode und Anode bzw. Kathode und Sieb) oder durch einen Induktionstoss, auch durch Wärmestrahlung eines neben der Kathode angebrachten Glühkorpers, ähnlich bei dem Nernstbrenner, oder indem man eine grössere Menge'von Ionen, die irgendwie erzeugt werden, in die Entladungsbahn hineinbringt, wie es z. B. bei Quecksilberlampen bisweilen geschieht.
Dadurch, dass die Wärmeenergie des Entladungsvorganges selbst zur Heizung der Glühkathode verwandt wird, werden die Kosten eines besonderen Heizstroms erspart. Eine durch einen besonderen Heizstrom zum Glühen gebrachte Glühkathode muss ferner stets zwei Zuleitungen haben. Eine solche Kathode brennt aber, da sie nur geringe Dicke aufweist, infolge der starken Kathodenzerstäubung schon nach kurzer Zeit durch, sobald durch das Entladungsgefäss starke Ströme fliessen. Bei einer selbständig glühenden Kathode braucht man hingegen keine zwei Zuleitungen zur Kathode, und letztere braucht nicht aus dünnem Blech zu bestehen, sondern kann z. B. einen Vollkörper bilden, der stets betriebsfähig bleibt.
Vorteilhaft ist es, bei grossen Betriebsstromstärken die Anode entweder künstlich zu kühlen oder so gross zu machen, dass ihre Temperatur infolge guter Wärmeableitung niedrig bleibt, sie also selbst nicht glühend wird. Dies ist besonders dann zu beachten, wenn die Anode aus demselben Material wie die Kathode besteht, und überhaupt bei Gleichrichtern, um die Gefahr der Rückzündung auszuschliessen.
Die Betriebsstromstärke der Röhre muss im Einklang mit den Röhren-und Elektrodenabmessungen stehen und wird in der Regel nahe der oberen, für die Röhre erträglichen Grenze zu liegen haben, da bei zu geringem Strom die Gefahr einer Abkühlung der Kathode nach erfolgter Zündung und dadurch das Aussetzen der Entladung bedingt wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vakuumröhre mit Glühkathode, gekennzeichnet durch die Bemessung und Anordnung der Kathode in der Weise, dass sie bei genügend hoher Strombelastung infolge ihrer zum Volumen kleinen Oberfläche und infolge der geringen Wärmeableitung der sie bildenden Substanz, wie auch infolge ihres verhältnismässig geringen Abstandes von der Anode nach anfänglicher, auf bekannte Art bewirkter Zündung in glühende Zustand bleibt und eine Glimmbogenentladung selbständig aufrecht erhält.
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Vacuum tube with incandescent cathode.
The subject of the invention is a vacuum tube with a fixed glow cathode - but not Wehnelt glow cathode - which has the property that it only needs to be brought into the glow state once and then remains glowing when the voltage drops so that the discharge does not break.
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the further discharge is maintained.
This property of the tube is achieved by four measures that work together.
First, the tube's cathode is designed so that it has a small surface area in relation to its volume. So it must be more spherical than thread-shaped and can, for. B. od from a small carbon block, a metal pill. Like. Exist. Second, the cathode must be made of a material with the lowest possible thermal conductivity. Preferably coal or a substance of similar poor heat conduction, also z. B. tungsten metal, for application. Third, the distance between the cathode and the anode must be small; H. as a rule, it may only be a small multiple of the cathode diameter. As a result of this short distance, the discharge, which must be in the form of a glow arc, not an arc, is compressed into a small space, so that the heat dissipation is low.
The distance between the electrodes depends to a certain extent on the gas pressure in the tube. Fourthly, the current intensity used must not be too small, and the current in the tube must be increased until the accidental drop in voltage that occurs during operation no longer causes a break in the discharge. The current can then be increased a little. The discharge form of the glow arc is reached as soon as a glowing light, i.e. a glowing layer covering the anode, without a glowing point of attachment, appears on the cathode at the cathode.
Such a tube also has the property of a negative resistance (falling characteristic) and must accordingly be operated with a series resistor.
If, for example, in a vacuum of 0.001 to 10 mm pressure, two electrodes, of which the anode is made of cooled metal and the cathode is made of carbon or metal, are arranged in the manner of an ordinary arc lamp, they are brought into contact with one another for ignition and then again pulls apart, this creates a, under certain circumstances clearly layered, broad glow light discharge, which z. B. at 220 volts a current strength of 5-100 Amp. Can assume, depending on the arrangement of the electrodes.
This discharge is automatic, because the cathode has become a hot cathode through temporary contact with the anode, the glowing temperature of which is automatically maintained after the electrodes have been removed from each other by the impacting positive ions and by the heat generated by the discharge process in the gas and at the anode . The thermal effect of the discharge process is supported if the tube is filled with a gas of high thermal conductivity. Furthermore, if the tube is given a suitable shape (short radiation paths, etc.), the radiating heat can thereby also be brought to an increased effect. The latter aid is particularly useful when the vacuum is high.
The design of the tube itself is otherwise arbitrary. For example, it can be provided with a grid or sieve-shaped intermediate electrode in the manner of the love tube, mainly when they are
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High frequency generator is intended to serve for very high energies. However, all other forms of application can also be used, as are known in apparatuses that work with hot cathodes in a gas-diluted space or in a high vacuum.
The initial heating can, as mentioned, be effected in any way, e.g. B. except by touching the electrodes (cathode and anode or cathode and sieve) or by an induction surge, also by thermal radiation from a glow body attached next to the cathode, similar to the Nernst burner, or by generating a larger amount of ions that somehow generated be brought into the discharge path, as it is, for. B. sometimes happens with mercury lamps.
Because the thermal energy of the discharge process itself is used to heat the hot cathode, the costs of a special heating current are saved. A hot cathode made to glow by a special heating current must also always have two supply lines. Such a cathode, however, because it is only thin, burns through after a short time as a result of the strong cathode atomization as soon as strong currents flow through the discharge vessel. In the case of an independently glowing cathode, on the other hand, you do not need two leads to the cathode, and the latter does not need to be made of thin sheet metal, but can e.g. B. form a solid body that always remains operational.
With high operating currents it is advantageous to either artificially cool the anode or to make it so large that its temperature remains low as a result of good heat dissipation, i.e. it does not become glowing itself. This is particularly important when the anode is made of the same material as the cathode, and generally with rectifiers, in order to rule out the risk of flashback.
The operating current of the tube must be in accordance with the tube and electrode dimensions and will usually have to be close to the upper limit that the tube can tolerate, since if the current is too low, there is a risk of the cathode cooling down after ignition and thus failure the discharge is conditioned.
PATENT CLAIMS:
1. Vacuum tube with hot cathode, characterized by the dimensioning and arrangement of the cathode in such a way that, with a sufficiently high current load, due to its small surface area and due to the low heat dissipation of the substance that forms it, as well as its relatively small distance from the anode remains in a glowing state after an initial ignition effected in a known manner and independently maintains a glow arc discharge.