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Elektrische Glimmentladungsvorriehtung.
Die Erfindung bezieht sich auf Glimmentladungseinrichtungen, insbesondere jener Art, wie sie bei elektro-optischen Systemen zur Anwendung gelangen, und hat in erster Linie den Zweck, das negative Glimmlicht elektrischer Entladungsvorrichtungen als besonders intensive und scharf wirkende Lichtquelle für photographische Zwecke auszunutzen.
Sie besteht im wesentlichen darin, dass die intensive, als Lichtquelle verwendete Glimmentladung auf eine verhältnismässig langgestreckte, enge, im nachstehenden auch als Kapillarkanal bezeichnete Öffnung in einer metallischen Elektrode, zweckmässig einer Kathode, beschränkt ist, wobei die Entladung zwischen dieser Elektrode und einer zweiten stattfindet, die isoliert im Ende der erstangeführten oder äusseren Elektrode gegenüber dem Kapillarkanal eingeschlossen ist. Da so die Glimmentladung in dem engen Kanal der äusseren Elektrode konzentriert wird, liegt der Lichtteil hauptsächlich in der negativen Zone der Entladung, während infolge des geringen Zwischenraumes zwischen den Elektroden in der positiven Zone keine nennenswerte Glimmentladung stattfindet.
Bei dieser Anordnung liefert die intensive negative Glimmentladung eine Liehtsäule, welche gegen das Ende eines die Elektroden umschliessenden und ein Gas enthaltenden Behälters (Glasröhre, Birne od. dgl. ) oder eventuell auch seitwärts gerichtet werden kann.
Gemäss einer besonderen Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes enthält die Röhre eine unter geringem Druck stehende Füllung von inertem, einatomigem Gas, wie Helium, Argon oder Neon, oder eine Mischung eines einatomigen Gases mit einer geringen Menge eines leicht ionisierbaren zweiatomigen Gases, wie Stickstoff, Wasserstoff oder Sauerstoff. Der Behälter weist zweckmässig einen Sockel oder Ständeransatz auf, durch welchen die Zuleitungsdrähte für die Elektroden unter Abdichtung hindurchgeführt sind und welcher zugleich als Träger für die Elektroden dient. Die metallische Kathode hat einen zylindrischen Teil und einen sich daran anschliessenden becherförmigen Teil, von denen der erstere die oberwähnte, bis in den becherförmigen Teil sich erstreckende Kapillaröffnung aufweist.
Im becher- förmigen Teil sitzt eine als Anode dienende, isolierte Metallscheibe. Der von den beiden Elektroden gebildete kompakte Körper kann zweckmässig vom Ständeransatz der Röhre getragen werden, beispielsweise durch Stützen, die von einer den Ständer umgebenden Hülse ausgehen.
Bei einer andern Ausführungsart des Erfindungsgegenstandes hat die Kathode die Form eines metallischen Rohres von geringem Querschnitt, welches von einem Block aus Isoliermaterial umgeben ist, und letzterer weist eine Ausnehmung auf, in welcher die metallische Anode so gehalten wird, dass sie sich in wirksamer Einstellung gegenüber der engen Öffnung in der rohrförmigen Kathode befindet. Diese Anordnung verhindert ein Sprühen der Kathode und sichert eine starke Isolierung zwischen den Elektroden.
Bei einer weiteren, ebenfalls die Wirkung einer metallischen Kapillaröffnung ausnutzenden Ausführungsart sind Winkelplatten aneinander so befestigt, dass sie einen kreuz-oder sternförmigen oder sonstwie geformten Körper bilden und an den Stellen, wo sie zusammenlaufen, eine langgestreckte Öffnung von geringem Querschnitt, den Kapillarkanal, freilassen. Diese Platten können von einem Isolierorgan getragen werden, welches eine die Anode aufnehmende Ausnehmung aufweist.
Bei dieser Konstruktion wird die grosse Oberfläche der Kathode für die Kühlung ausgenutzt, da der Plattenkörper die Form von Kühlrippen oder Flügeln aufweist, welche die Ausstrahlung der Wärme von der Kathode
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Wenn an die Elektroden eine verhältnismässig hohe Spannung angelegt wird, ist es notwendig, die in der Kathode erzeugte Wärme schneller abzuleiten, als dies mit gewöhnlichen Methoden zur Wärmeableitung möglich ist. Gemäss einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes durchsetzt die Kapillarkathode eine htüsenartige, an einen Teil der Röhre dichtend angeschlossene Metallzwinge, wobei in der letzteren Flüssigkeit zwecks Ableitung der Wärme von der Kathode zirkulieren kann.
Diese Zwinge kann aber auch selbst als Kathode ausgebildet und innerhalb derselben die Anode isoliert so angebracht sein, dass sie sich der Kapillaröffnung gegenüber in der wirksamen Lage befindet.
Weitere Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes seien an Hand der Zeichnung erörtert, in welcher Fig. 1 in perspektivischer Ansicht eine Ausführungsart bzw. die äussere Form der Bestandteile und ihre Anordnung in der Röhre zeigt, Fig. 2 einen Querschnitt durch den Elektrodenkörper und die sonstigen Teile der Einrichtung nach Fig. 1 unter Weglassung des Glasbehälters, Fig. 3 eine abweichende Ausführungsform, teilweise im Schnitt, Fig. 4 in perspektivischer Ansicht eine Ausführung, bei welcher die Kathode zwecks wirksamer Wärmeausstrahlung eine besondere Form hat, Fig. 5 einen Schnitt durch die Einrichtung nach Fig. 4, Fig. 6 die Ansicht einer weiteren Ausführungsform, bei welcher die Kathode von aussen gekühlt und das intensive Licht seitlich am Behälter ausgestrahlt wird, Fig.
7 einen Querschnitt durch die Inneneinrichtung nach Fig. 6, Fig. 8 einen Schnitt durch eine Ausführungsform ähnlich jener nach Fig. 6 und 7, bei welcher jedoch das Kühlelement als Kathode funktioniert und die Anode
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Bei der Einrichtung nach Fig. 1 ist der äussere Behälter bzw. die Glasröhre 20 mit einem nach innen sich erstreckenden Ständer 21 ausgestattet, durch welchen die Zuführungsdrähte 22 dichtend hindurchgeführt sind und an welchem eine metallische Hülse 23 durch Reibung und Einkerbung befestigt ist. Diese Hülse trägt vermittels der von ihr parallel nach aufwärts ragenden metallischen Streifen 24 die zweckmässig aus Nickel bestehende Kathode, an welche die Streifen angelötet sind. Die Kathode besteht aus dem zylindrischen Teil 25 und dem hohlen oder becherförmigen Teil 26. Im ersteren ist der langgestreckte Kapillarkanal 27 vorgesehen, dessen Querschnitt in Fig. 1 als kreisrund dargestellt ist, der aber auch eine andere Form haben kann.
Die Anode 28 besteht aus einer flachen, metallischen Scheibe (Fig. 2), die im Becherteil der Kathode konzentrisch mit der Kapillaröffnung 27 sitzt und von der Kathodenwand durch den Einsatz 29 isoliert ist. Die Anode und das Isolierorgan 29 werden im Becherteil der Kathode durch einen Isolierzement oder-kitt 30 festgehalten, welcher beispielsweise aus einem eine plastische Masse bildenden Gemisch von Quarzpulver und einem Bindemittel besteht. Der Kitt kann auch die Zuführungsdrähte 22 zwischen den Elektroden und dem Abschlusskopf des Ständers 21 umschliessen, zu dem Zwecke, eine Funkenbildung zu verhindern.
Die Röhre 20 enthält eine unter niedrigem Druck stehende Füllung von inertem, einatomigem Gas, wie z. B. Helium, Argon oder Neon, oder eine Mischung von einatomigem Gas und einer geringen Menge eines leicht ionisierbaren, zweiatomigen Gases, wie Stickstoff, Wasserstoff oder Sauerstoff. Infolge des Zusammenbaues der Elektroden und der Anordnung des Kapillarkanals in der Kathode nahe dem Ende der Röhre entsteht in dem negativen Teil der Entladung ein intensives, konzentriertes Glühen, das als Lichtquelle von ausserordentlich hoher Intensität wirkt. Die Einrichtung kann auch dazu benutzt werden, um durch einen Spalt direkt, ohne Benutzung von Linsen, ein intensives Licht auf einen zur Tonwiedergabe dienenden Film oder sonstigen Streifen zu werfen.
Dadurch, dass die Kathode einen verhältnismässig langen und engen Kanal aufweist, wird die Entladung auf die innere Fläche der Kathode beschränkt, während an der äusseren Fläche der Kathode keine nennenswerte Entladung stattfindet, wobei auch die Möglichkeit von Funkenbildlmg verringert und das Sprühen der Entladung, welche ihre Helligkeit beeinträchtigen würde, verhindert wird.
Der gleiche Effekt kann auch erzielt werden, wenn die Kapillarkanalkathode kürzer und ihre äussere Fläche von einem Isoliermaterial umgeben ist, wie dies in Fig. 3 dargestellt erscheint. Die Kathode besteht hier aus einem rohrförmigen Organ 31 von geringem Durchmesser, welches in einen Block 32 aus Isoliermaterial eingebettet ist. In einer entsprechenden Ausnehmung dieses Blockes ist die Anodenscheibe 28 durch Isolierkitt befestigt. Der ganze Elektrodenkörper wird vom Ständer 21 durch die Zuführungsdrähte 22 getragen, von denen einer an die Kathode und einer an die Anode angeschlossen ist. Diese Anordnung ergibt u. a. den Vorteil, dass das Sprühen der Kathode völlig hintangehalten wird und dabei ein weiter Isolierabstand zwischen den Zuführungsdrähten besteht.
Wenn zwecks Erhöhung der Leistung der Einrichtung hohe Potentiale zur Anwendung kommen, ist es erforderlich, die von der Kathode erzeugte Wärme abzuleiten, da das auf die enge Öffnung dieser Elektrode eingeschränkte, intensive Glühen ein übermässiges Erhitzen derselben und die Entwicklung schädlicher Gase zur Folge haben könnte, welche die Lebensdauer der Einrichtung durch Verunreinigung der günstig wirkenden Gasatmosphäre verringern würden.
Nach Fig. 4 und 5 besteht die Kathode aus mehreren Winkelplatten 33, deren Seitenflächen so zusammengefügt sind, dass sich eine symmetrische bzw. regelmässige Figur, nämlich eine Kreuz- oder Sternform, ergibt und dass an der Stelle, wo sie zusammenlaufen, ein langgestreckter Kapillarkanal
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entsteht. Die Platten 33 sind in entsprechenden Ausnehmungen einer Scheibe 3. 5 aus Isoliermaterial eingesetzt und werden ausserdem durch Drähte 36 getragen, welche den Ständer 21 sowie die Scheibe 35 abgedichtet durchsetzen und an die Winkelplatten 33 angelötet sind. In einer Ausnehmung der Isolierscheibe 35 ist die Anode 28 vermittels Isolierkitt befestigt, welcher auch die Fuge zwischen der Isolierscheibe und einem Stempel am Ständer 21 ausfüllt.
Bei dieser Konstruktion bilden die Winkelplatten 33 Hitzeausstrahlungsflügel und begünstigen die Wärmeableitung von der Kathode.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen wird das intensive Licht am Ende eines langgestreckten, röhrenförmigen Behälters ausgestrahlt, dies zu dem Zwecke, um bei Apparaten, welche für die Tonaufzeichnung auf Filmen dienen, Platz zu sparen. Selbstverständlich kann das Licht auch gegen die Seite des Behälters dirigiert werden, wo das Glas eine gleichförmigere Dicke aufweist. Eine derartige Anordnung der Lochkathodenkonstruktion nach Fig. 1 und 2 ist in Fig. 6 und 7 veranschaulicht. In diesen Figuren ist weiters auch eine Ausgestaltung dargestellt, bei welcher die Kühlung jenes Teiles der Kathode, in welchem die intensive Glimmentladung stattfindet, durch ein Kühlmedium bewerkstelligt wird, beispielsweise durch kalte Luft, Wasser oder Öl, welche die Wärme von der Kathode abführen.
Bei dieser Ausführungsform trägt die gebohrte Kathode, in deren becherförmigem Teil auch hier die Anode 28 durch den Kitt 30 festgehalten wird, aussen ein Gewinde 39 und durchsetzt einen mit Gewinde versehenen, massiven Kopf 40 der metallischen, zweckmässig aus Kupfer bestehenden Zwinge 41, welche parallel zur Achse des Behälters 20 angeordnet ist und unten einen nach auswärts sieh erweiternden, konischen, scharfen Rand 42 aufweist. Dieser Rand der Zwinge 41 wird mit dem rohrförmigen Glasständer 43 in bekannter Weise so verbunden, dass sich ein luftdichter Abschluss ergibt. Die Zwinge 41 bildet so einen Hohlraum, der mit dem Raum ausserhalb des Behälters kommuniziert, so dass man also in diesem Hohlraum ein Kühlfluidum, wie z. B.
Wasser, zirkulieren lassen kann, um die Zwinge auf einer niedrigen Temperatur zu erhalten. Da die Kathode in direkter Berührung mit der metallischen Zwinge steht, wird die Wärme von der Kathode rasch abgeführt. Wie aus Fig. 7 ersichtlich, kommt die Kühlflüssigkeit nicht in Berührung mit der Kathode selbst. Dies hat den Zweck, die Wärme von der Kathode weg zu dem massiven, durch Wasser oder sonstige Flüssigkeit gekühlten Zwingenkopf 40 abzuführen und so zu vermeiden, dass die Flüssigkeit auf die Oberfläche der Kathode einen korrodierenden Einfluss ausübt, wodurch wieder schädliche Gase und Wasserdampf entstehen würden, welche die Gasfüllung des Behälters verunreinigen würden.
Dabei ist auch die Möglichkeit gegeben, eine gute, mechanische Verbindung zwischen Zwinge und Kathode zu erzielen, ohne dass man für einen luftdichten Abschluss zwischen diesen Organen Sorge tragen muss. Gegebenenfalls kann die Kupferzwinge galvanisch mit Nickel oder Chrom überzogen werden, um ihr ein besseres Aussehen zu geben und auch eine Absorption der Gasfüllung des Behälters hintanzuhalten.
Eine Abart der Konstruktion nach Fig. 6 und 7 ist in Fig. 8 veranschaulicht. Eine metallische Zwinge 44 ist mit einer Kapillaröffnung 45 versehen und auf das hier offene Ende des Ständers 43 in der vorher beschriebenen Weise dicht aufgesetzt. Diese Zwinge bildet die Kathode. Der eine Zuführungsdraht ist in dem für die Zirkulation der Kühlflüssigkeit dienenden Hohlraum an die Kathode angeschlossen.
Die Zwinge 44 weist eine Ausnehmung auf, in welcher die Anode 28 durch ein gelochtes Isolierungsorgan 29 bzw. durch den Isolierkitt 30 in der wirksamen Einstellung gegenüber der Kathodenöffnung erhalten wird. Der Zuführungsdraht 22 für die Anode 28 ist dichtend durch den Ständer 43 sowie durch ein Isolierrohr 46 geführt und gelangt durch eine Kittabdichtung zur Anode.
Die Fig. 9 und 10 stellen weitere Ausführungsformen der Kathode bzw. Anode dar. Nach Fig. 9 hat die aus dem zylindrischen Teil 25 und dem becherförmigen Teil 26 bestehende Kathode einen den zylindrischen Teil seiner Länge durchsetzenden Kanal 47 von rechteckigem Querschnitt, so dass diese Einrichtung direkt ohne Verwendung von Linsen oder eines Strahlendirigierspaltes zur Projektion intensiven Lichtes auf einen Film verwendet werden kann.
Fig. 10 zeigt eine abweichende Form der Anode, bei welcher die der Kathode zugekehrte Seite eine konische, nämlich trichterförmige Vertiefung aufweist, um die Lichtentwicklung in der Achse der engen Öffnung 27 zu konzentrieren.
Die Erfindung lässt nebst den beschriebenen Ausführungsformen, deren einzelne Merkmale eventuell ausgetauscht werden oder ineinandergreifen können, auch noch weitere zu, die ebenfalls in den Rahmen der Erfindung bzw. den Schutzbereich der Ansprüche fallen.
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