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Glühkathode.
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flächen gegenüber der gebräuchlichen Lamellenbauart deutlich zeigt.
Zu mehr Freiheit in der Gestaltung der Wabenform (man kann beispielsweise die mit zunehmendem Durchmesser relativ immer grösser werdenden Umfangsunterschiede einer Ringzone innen und aussen
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das beispielsweise auf der einen Seite Trapezprofil, auf der andern Seite Dreieckprofil besitzt.
Die bisher-allgemein übliche Heizung mit zentraler Wolframwendel nach Fig. 7 hat aber noch wesentliche Mangel, die sich, ausgehend vom Erfindungsgedanken, beheben lassen. Es ergibt nämlich eine Anordnung nach Fig. 7 ein sehr ungünstiges Verhältnis zwischen bestrahlter und strahlender Ober- fläche. Der Durchmesser der Wendel muss von vornherein, um genügende Sicherheit gegen innere Kurz- schlüsse des Heizstromkreises zu bieten, wesentlich kleiner als der Durchmesser des bestrahlten Rohres gewählt werden, überdies ist auch die Hüllfläche der Wendel nicht zur Gänze als Strahlungsfläche ausgenutzt, da auch ein genügender Windungsabstand bleiben muss.
Die Beziehungen zwischen Temperatur von strahlender und bestrahlter Fläche sind bekannt ; mit abnehmender Wendelfläehe muss die Wendeltemperatur zur Erreichung der normalen Arbeitstemperaturen des Kathodeneinsatzes immer höher gewählt werden.
Für volle Auswertung des Erfindungsgedankens erweist es sich daher als zweckmässig, die Heizung durch zentrale Wendel zu veranlassen und auf Bodenheizung des Kathodeneinsatzes überzugehen. Dadurch wird es ohne Schwierigkeit möglich, das Heizorgan so auszubilden, dass das Verhältnis zwischen strahlender und bestrahlter Fläche nahezu 1 wird, wenn durch geeigneten Strahlschutz eine Wärmeabgabe in die der Kathode abgewendete Seite hintangehalten-wird.
Das Heizorgan ist in der Grundform eben und kreisrund, beispielsweise nach Fig. 8 als Doppeleventuell als Mehrfachspirale ausgebildet. Als andere Ausführungsform zeigt Fig. 9 einen flachen Deckel. in dem durch schmale Ausstanzungen für den Heizstrom ein Labyrinthweg erzwungen wird. Die Stromableitung erfolgt dann an der Peripherie. Eine weitere Variante zeigt Fig. 10 a ; dabei ist die strahlende Fläche gleich der Bodenfläehe des Kathodentopfes und das Querschnittprofil entsprechend ausgebildet. um über die radiale Erstreckung möglichst gleiche Widerstandsverhältnisse für den Heizstromfluss von der Mitte zum Rand bzw. umgekehrt zu ergeben. Den gleichen Effekt wie mit einer Anordnung nach
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Verteilung der Heizstrombelastung.
Die beiden Anordnungen nach Fig. 10 e und cl gleichen Ausdehnungs- verschiedenheiten zufolge verschiedener Ausdehnungskoeffizienten oder verschiedener Temperaturen mühelos ohne mechanische Beanspruchung der mittleren Stromzuführung in sich aus.
Mit der nahezu völligen oder vollständigen Fläehengleiehheit zwischen strahlender und bestrahlter Fläche ergeben sieh mit Rücksieht auf die übliche Betriebstemperatur der Kathode von zirka 800-9000 C für das Heizorgan wesentlich niedrigere Temperaturen, als sie sonst für die Wolframwendel verwendet werden müssen. Man ist daher mit dem Material für das Heizorgan nicht mehr an Wolfram mit seiner unangenehmen Sprödigkeit gebunden, sondern kann weichere, zähere Materialien, die viel mehr Bruchsicherheit aufweisen, verwenden, da ein kleinerer Schmelzpunkt keine Rolle mehr spielt. An sich ergibt die einfache Form des Heizorgans eine wesentlich grössere Festigkeit als jene der Wendel.
Kurzschlüsse im Heizstromkreis erscheinen praktisch ausgeschlossen ; ebenso liegt ein Schadhaftwerden durch Fadenbruch ganz ausserhalb jeder Wahrscheinlichkeit. Selbst wenn bei Ausführungen etwa nach Fig. 8 die eine oder andere Stelle schadhaft werden sollte, stehen noch genügend Parallelstromkreise zur Verfügung.
Die Verbindungsstellen zwischen der hochglühenden Wolframwendel und dem Kathodenteil einerseits bzw. der Heizstromzuführung anderseits machen bei der Herstellung Schwierigkeiten und bilden im Betrieb stets eine Gefahrquelle. Die Bodenheizung ergibt beim Heizorgan in allen drei skizzierten Ausführungsformen breitflächige sichere Kontaktmoglichkeiten.
Während bei der Wendelheizung der Kathode fast die gesamte Wärmemenge durch Strahlung zugeführt werden muss, da die Wärmeableitung vom oberen Ende praktisch nichts ausmacht, besitzt die Anordnung mit Bodenheizung auch eine ausgezeichnete Wärmeableitung vom Heizorgan zur Kathode.
Das Aufheizen kann daher viel schneller erfolgen und die Verkürzung der meist noch nötigen unangenehm langen Aufheizzeiten von etwa 15-20 Minuten stellt einen sehr beträchtlichen Vorteil der neuen Anordnung dar.
Die Anordnung ergibt aber auch noch hinsichtlich der Temperaturverteilung einen grossen Vorteil und kommt dem angestrebten Jdealfall nach völlig gleichmässiger Temperatur des aktiven Teiles der Glühkathode viel eher nahe, als dies durch die zentrale Wendelheizung zu erreichen ist. Bei der Anordnung nach Fig. 11 muss die Wärmenaehlieferung für den am Zylindermantel M auftretenden Strahlungsverlust durch die radialen Flügel vom mittleren Rohr her erfolgen ; die Temperatur fällt also zwangsweise, um
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einen Wärmefluss zu ermöglichen, von innen nach aussen ab. Bei der zum Schutz angemeldeten Bauart nach Fig. 12 ist es bei entsprechend starkwandiger Ausbildung des Topfes leicht zu erreichen, dass dieser auf seiner Oberfläche praktisch gleiche Temperatur besitzt.
Sämtliche innenliegenden Flächen erhalten dann zwangsläufig genau die dem Aussenmantel entsprechende Temperatur. Es wird zwar in der Achsrichtung ein gewisses Wärmegefälle bleiben, jedoch bietet hier die durch die Entladung gegebene zusätzliche Heizung eine günstige Ausgleichsmöglichkeit, da deren Wirkung gegen die Öffnung der Kathode hin zunimmt, während die primäre Heizenergie von der Gegenseite zugeführt wird.
In spezieller Berücksichtigung der Bodenheizung ergeben sich, da die Zuführung der Wärme sowohl über den Boden als auch über den äusseren Mantel erfolgen kann, neue Möglichkeiten in der Anordnung des Innenaufbau bzw. werden bekannte Anordnungen, die bei zentraler Heizung ausgesprochen schlecht arbeiten, einwandfrei. Nach Fig. 13 sind zur Flächenvergrösserung in den Boden eingenietete Stifte vorgesehen, nach Fig. 14 eingepresste oder eingewalzte, unten verschlossene Röhren. In beiden Fällen erfolgt die Wärmezufuhr vom Boden durch Leitung vom Mantel durch Strahlung. Fig. 15 zeigt eine Anzahl konzentrischer Zylinder, Fig. 16 eine Spirale.
Diese beiden Ausführungsformen werden erst bei Boden- heizung unter der Voraussetzung einer innigen Verbindung mit dem Boden einwandfrei, da eine gleich- mässige Ausheizung durch Strahlung wegen gegenseitiger Abschirmung der einzelnen Flächen nicht möglich ist. Ebenso ist eine laminare Anordnung bei der Bodenheizung ohne weiteres zulässig, beispielsweise
Radiallamellen mit Schweissverbindung zum Boden und zum Mantel oder zu einem von beiden oder auch auf gekrümmte Evolventenlamellen, die dann der einfacheren Herstellung wegen nur mit dem Mantel Schweissverbindung erhalten. Bei diesen laminaren Anordnungen tritt der Vorteil der Wärmezufuhr über Boden und Mantel und die damit verbundene vollkommen gleichmässige Aufheizung aller im Innen- raum befindlichen Teile besonders deutlich hervor.
Als Weiterbildung der Ausführung nach Fig. 14 ergibt sich dann wieder der wabenartige Aufbau, wobei aus der Kombination wabenförmiger Aufbau und Bodenheizung ein neuer Vorteil erwächst. Bei gleichem Aussendurchmesser ergibt die Wabenkonstruktion ein Vielfaches an Emissionsflächen gegen- über der Lamellenkathode. Nun darf nicht übersehen werden, dass eine Kathode von sehr grosser axialer
Erstreckung ihre Emissionsflächen nicht mehr gleichmässig zur Wirkung bringen kann, sondern vielmehr die der Anode am nächsten liegenden Flächenteile bevorzugt werden, während die ferner liegenden wenig ausgenutzt bleiben.
Sehr anschaulich wird dieser Einfluss bei Betrachtung der beiden Grenzfälle : Einmal eine ebene zur Entladungseinriehtung normale Fläche, die ganz gleichmässig beansprucht wird, und das andere Mal ein an der Innenfläche emittierender Zylinder mit sehr geringem Durchmesser und sehr grosser Länge. Es ist daher bei einer Wabenkathode, die aus einem vorgegebenen Querschnitt, der gleichzeitig Entladungsquerschnitt ist, die Unterbringung sehr grosser emittierender Flächen möglich, aber auch zweckmässig, den Durchmesser D (Fig. 1) entgegen den bisher üblichen Bauarten grösser als die Höhe H zu machen.
Das Gesamtvolumen der Kathode wird dann kleiner, ebenso das Verhältnis von Gesamt- aussenoberfläche zu beheizter Fläche, beide Komponenten wirken sich wieder im Sinne einer kleineren Aufheizzeit aus.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Glühkathode mit indirekter Heizung und einem aktiven Hauptkörper, der die Form eines in der Entladungsrichtung offenen, im übrigen vollkommen geschlossenen Topfes hat, dadurch gekennzeichnet, dass ein wabenförmiger Aufbau des aktiven Körpers durch Kombination von Wellblech mit konzentrischen Zylindern erzielt wird. wobei an Stelle von Schweissverbindungen zwischen Hauptkörper und den inneren Teilen die nach einer, bei der Montage erzwungenen, bleibenden Deformation der einzelnen Bauelemente verbleibenden elastischen Kräfte zur gegenseitigen Kontaktgabe und damit zur Stroll- ableitung verwendet werden können.
2. Glühkathode mit indirekter Heizung und einem aktiven Hauptkörper der die Form eines in der Entladungsrichtung offenen, im übrigen vollkommen geschlossenen Topfes hat, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung durch Strahlung auf die Bodenfläche erfolgt, wobei das Verhältnis zwischen strahlender und bestrahlter Fläche dem Wert 1 möglichst genähert wird.