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Elektrische Entladungsröhre mit Glühkathode und Gasfüllung.
Die sich auf eine elektrische Entladungsröhre mit Glühkathode und Gasfüllung beziehende Erfindung bezweckt in der Hauptsache, die Kathode einer solchen Entladungsröhre für grosse Entladungsströme geeignet zu machen.
Unter "Gasfüllung" ist hier auch eine Füllung mit einem Dampf oder einem Dampf-Gasgemisch zu verstehen.
Die Gasfüllung in Entladungsröhren der vorgenannten Art wird namentlich dazu angewendet, um sehr grosse Stromstärken ohne grosse Verluste zu ermöglichen, da durch die Ionisation des Gases die Raumladung aufgehoben wird und die Gasionen an der Stromführung teilnehmen. Die Entladungsröhren können z. B. als Gleichrichter Anwendung finden, mit denen grosse Ströme mit einem geringen Spannungsverlust, also mit günstigem Wirkungsgrad gleichgerichtet werden können. Ferner können die Röhren, auf welche sich die Erfindung bezieht, für mancherlei andere Zwecke, z. B. als Relaisröhren und für Beleuchtungszwecke verwendet werden. Die Entladung hat im allgemeinen einen Lichtbogencharakter.
Wenn nun die Glühkathode in solchen Entladungsröhren für sehr grosse Stromstärken geeignet gemacht werden soll, so bestehen verschiedene Schwierigkeiten. Wenn die Kathode z. B. 1000 Amp. oder mehr liefern soll, so muss eine grosse emittierende Oberfläche vorhanden sein. Wenn die Kathode direkt geheizt werden soll, was immer die einfachste Lösung ist, so ist es erforderlich die Kathode sehr lang zu gestalten. Infolgedessen muss eine hohe Heizspannung angelegt werden, und es machen sich sämtliche damit einhergehende Schwierigkeiten bemerkbar ; unter anderem hinsichtlich der Isolierung, der Entladungsgefahr zwischen verschiedenen Teilen des Glühdrahtes, des Unterbringens einer grossen Drahtlänge usw.
Wenn man diese Heizspannung herabzusetzen wünscht, so muss die Kathode einen sehr grossen Querschnitt haben, und im Zusammenhang damit entstehen grosse bauliche Schwierigkeiten.
Die Erfindung bezweckt nun eine Kathode zu schaffen, die sämtlichen Anforderungen entspricht, indem sie in an sich bekannter Weise einen zusammengesetzten Körper bildet, der aus einer Anzahl parallel geschalteter Kathoden besteht.
In Radioröhren wurden bereits früher Kathoden mit parallel geschalteten Teilen verwendet, die sich alle parallel zu einer umgebenden Anode erstrecken, aber die Anwendung solcher Kathoden in gasgefüllten Entladungsröhren führte die grosse Schwierigkeit herbei, dass sieh die Entladung auf einer einzigen der parallelen Kathoden konzentrierte und die Kathode somit sehr ungleichmässig belastet wurde. In der Praxis haben sich solche Kathoden für gasgefüllte Entladungsröhren deshalb nicht bewährt.
Die Erfindung beruht nunmehr auf der Erkenntnis, dass eine Bemessung der Kathodenteile möglich ist, bei der eine zufällig bei einem Teil eintretende Vergrösserung des emittierten Stromes keine oder wenigstens keine bedeutende Erhöhung der Temperatur dieses Teiles zur Folge hat, wodurch somit eine örtliche Konzentrierung des Entladungsbogens vermieden wird. Diese Erkenntnis wird wie folgt erläutert.
Die Erhitzung eines Teiles eines Kathodendrahtes mit einer Länge (Ix wird durch vier verschiedene Ursachen bedingt, u. zw. :
1. durch den von aussen her durch den Glühdraht hindurchgesehiekten Heizstrom li,. Wenn der
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angegeben werden : 3. es entsteht weiter eine Abkühlung des Kathodenelementes durch die für die Austrittsarbeit T benutzte Energie, die wieder dem durch das Element emittierten Strom proportional ist und folglich mit #.d Iem bezeichnet werden kann ; 4. schliesslich spielt für die Heizung des Elementes die Summe der verschiedenen Ströme d I"" eine Rolle. Diese Ströme gehen durch dieses Element hindurch und werden durch weiter entfernte Teile der Kathode (z.
B. mit der Länge e-x bezeichnet) emittiert. Die hiedurch entstandene Erhitzung kann
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Gleichung :
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oder
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Da die Erhitzung von aussen her 1l. if. i' konstant bleibt, und der Einfluss der im Bogen freiwerdenden
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dass (7,. klein gewählt wird. d. h. dass dafür Sorge getragen wird, dass das Kathodenelement einen geringen Widerstand hat.
Offensichtlich braucht man dabei nicht soweit zu gehen, dass das y enthaltende Glied überwiegt, so dass bei Zunahme des emittierten Stromes eine Abkühlung des Kathodenelementes auftritt, denn es mag die Temperatur eines Kathodenelementes bei grösseren emittierten Strömen wohl zunehmen, wenn nur nicht die Temperatur, bei der das Element Schaden erleidet oder gar schmilzt, Überschritten wird.
Bei einer günstigen Ausführungsform der Erfindung geht man in der Tat mit der Verringerung des Widerstandes der gesonderten parallel geschalteten Teile soweit, dass sich diese Teile bei einer emittierten Stromstärke, welche die normal zulässige übersteigt, abkühlen, was auch wahrnehmbar ist.
Diese Erscheinung wird mit #Ablichten" der Kathodenteile bei grösserer Stromstärke bezeichnet.
Den geringen Widerstand der Kathode bei einer bestimmten emittierenden Oberfläche kann man dadurch erhalten, dass die parallel geschalteten Kathodenteile kurz und dick ausgebildet werden. Diese Abmessungen kommen in der Spannung zum Ausdruck, die für den Heizstrom an die Kathode angelegt werden muss. Im allgemeinen wird die Kathode derart ausgebildet, dass diese Spannung höchstens 1 Volt beträgt.
Wenn eine Anzahl parallel geschalteter Kathoden (Teilkathoden) verwendet wird, so muss dafür Sorge getragen werden, dass an jede Teilkathode die gleiche Spannung für den Heizstrom angelegt wird. Bei einer günstigen Ausführungsform erfolgt dies dadurch, dass die zusammengesetzte Kathode aus zwei parallelen Scheiben oder Ringen aufgebaut wird, zwischen welche die Teilkathoden parallel geschaltet werden. Jeder Ring oder jede Scheibe ist mit einigen Stromzuführungsleitern ausgestattet, die derart angebracht sind, dass der Spannungsverlust durch die Scheibe oder den Ring von der Befestigungsstelle des Stromzuführungsleiters ab bis zu jedem Befestigungspunkt einer Kathode praktisch gleich ist. Dies kann man somit gleichzeitig dadurch fördern, dass die Scheiben oder Rigne hinreichend dickausgebildet werden.
In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Kathode gemäss der Erfindung. Fig. 2 zeigt eine Entladungsröhre
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gesondert in vergrössertem Massstab sehaubildlich dargestellt.
In Fig. 1 sind vier parallel geschaltete Kathoden 1, 2, 3 und 4 dargestellt. Die Enden sind an die Zufuhrungsleiter 5 und 6 geschweisst. Diese erstrecken sieh in entgegengesetzter Richtung, so dass das Spannungsgefälle in den Zufiihrungsleitern für jede Kathode das gleiche ist, und somit an jede Teilkathode die gleiche Spannung angelegt wird. Aus der Figur ist ersichtlich, dass die parallel geschalteten Kathoden nur einige Windungen haben. Sowohl die Zuführungsleiter 5 und 6, als auch die Kathoden 1-4 bestehen aus Wolfram, das mit einer Nickelbekleidung versehen sein kann.
Auf die Kathoden kann
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leuchten, dass der Spannungsverlust von diesen Befestigungsstellen bis zu den Befestigungsstellen der
Kathoden, für sämtliche Kathoden praktisch gleich ist.
Die Zuführungsleiter 16 und 18 sind durch die Wand der Entladungsrohre hindurch mittels an der Glaswand festgesehmolzener Chromeisenscheiben 19 und ¯0 eingeführt.
Die an Hand der Fig. 2 beschriebene Entladungsrohre hat bei einer bestimmten Ausführunl's-
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teile derart bemessen. dass bei einer Spannung von 0#8 Volt durch jeden Teil der erforderliche Strom von ungefähr 10 Amp. hindurchgeht.
Es zeigt sich, dass die parallel geschalteten Kathodenteile gleichmässig glühen, auch bei sehr grossen Entladungsströmen, z. B. von 800 Amp.
Neben der erwähnten Gasfüllung sind verschiedene andere Gasfüllungen möglich, und es können auch Gemische von Gasen und Dämpfen verwendet werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrische Glühkathodenentladungsröhre mit einer Gasfüllung und einem aus einer Anzahl parallel geschalteter Kathoden zusammengesetzten Kathodengebilde, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand einer jeden Teilkathode und die Austrittsarbeit des Emissionsstromes derart in bezug aufeinander bemessen sind, dass bei Vergrösserung des emittierten Stromes die Abkühlung durch die
Vergrösserung des durch die Austrittsarbeit bedingten Energieverlustes derart im Verhältnis zu der stärkeren Erhitzung durch den grösseren dabei jede Teilkathode durchsetzenden Strom zunimmt. dass die Temperatur des Kathodenelementes nicht unzulässig zunimmt.
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sind. dass die Temperatur jeder Kathode bei zunehmender Entladungsstromstärke sinkt.