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Entladungsröhre mit einer Oxydkathode.
Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Entladungsröhren mit einer Oxydkathode, bei der eine Schicht eines emittierenden Stoffes auf einer leitenden Unterlage angebracht ist, während diese Kathode entweder direkt oder indirekt geheizt wird. Die Erfindung ist jedoch insbesondere für Entladungsröhren mit indirekt zu heizenden Kathoden von Wichtigkeit.
Bei der Verwendung derartiger Röhren, z. B. von Röhren zur Aussendung, Verstärkung oder zum Empfang elektrischer Schwingungen für Radiotelegraphie oder-telephonie, ist es von höchster Wichtigkeit, dass der Energieverbrauch zur Heizung der Kathode auf die erforderliche Temperatur möglichst gering ist.
Es wurde gefunden, dass ein grosser Teil der Heizenergie durch Ausstrahlung durch die Kathodenoberfläche verlorengeht. Das Ausstrahlungsvermögen der gebräuchlichen emittierenden Stoffe, z. B. der Erdalkalimetalloxyde, spielt also bei den bekannten Kathoden eine überwiegende Rolle. Bei der Wahl der leitenden Unterlage für das Oxyd liess man sieh bisher im wesentlichen durch die Anforderungen leiten, denen die Unterlage im Zusammenhang mit den bei der Entgasung der Kathode auftretenden Temperaturen zu genügen hatte. Es wurde daher als Unterlage häufig Nickel verwendet, das eine ziemlich hohe Schmelztemperatur hat.
Durch die Vereinigung der Ausstrahlung des starkstrahlenden Nickels und der Ausstrahlung der auf das Nickel aufgebrachten emittierenden Schicht geht bei derartigen Kathoden ein grosser Teil der Heizenergie durch diese Wärmeausstrahlung verloren.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die ausgestrahlte Energie erheblich verringert werden kann, wenn dafür Sorge getragen wird, dass für diese Strahlung nicht das Oxyd, sondern eine Unterlage mit günstigeren Strahlungseigensehaften die überwiegende Rolle spielt.
Es wird daher erfindungsgemäss der emittierende Stoff auf ein Metall oder eine Metallegierung mit einem geringeren Strahlungsvermögen als Nickel und Platin, zweckmässig Kupfer, aufgebracht, wobei die Dicke der Schicht des emittierenden Stoffes in diesem Fall kleiner als 0-1 1mm und zweckmässig kleiner als 0-05 mm ist.
Da also einerseits die Oxydschicht so dünn gewählt wird, dass sie für die Wärmestrahlung noch durchscheinend ist, so dass die Strahlung der Oxydschicht selbst in den Hintergrund tritt, und da anderseits als Stoff für die Unterlage, die bei der Strahlung eine Hauptrolle spielt, ein Stoff mit geringem Ausstrahlungsvermögen gewählt wird, wird ein sehr grosser Fortschritt in bezug auf die bekannten Kathoden erhalten. Selbstredend kann eine sehr gute Wirkung erhalten werden, wenn die Oberfläche des Tragkörpers möglichst glatt gemacht wird, so dass im wesentlichen nur die Strahlungseigensehaften der glatten Metalloberfläche eine Rolle spielen.
Es wurde gefunden, dass die Heizenergie pro Quadratzentimeter der Kathodenoberfläche bei einer bestimmten Sättigungsemission pro Quadratzentimeter sehr leicht 70% oder weniger der Heizenergie betragen kann, die zur Erhaltung der gleichen Emission erforderlich sein würde, wenn die emittierende Schicht auf einen aus Nickel bestehenden Körper aufgebracht wäre.
Wird die Dicke der Oxydschicht kleiner als 0-05 mm gewählt und wird als Unterlage Kupfer verwendet, so hat es sich in vielen Fällen als möglich erwiesen, die Hälfte der Heizenergie zu ersparen. Da die Oxydschicht sehr dünn genommen wird, kann dafür Sorge getragen werden, den von dem Oxyd ausgestrahlten Teil der Heizenergie stark zu verringern, wodurch gegenüber den bekannten Kathoden eine erhebliche Verbesserung erzielt wird.
Es ist schon ganz im allgemeinen bekannt, dünne emittierende Schichten zu verwenden ; die erfindungsgemäss und besonders vorteilhafte Kombination solcher dünner emittierender Schichten mit dem Aufbringen derselben auf ein Metall oder eine Metallegierung mit geringerem Strahlungsvermögen als Nickel oder Platin ist jedoch noch niemals beschrieben oder vorgeschlagen worden.
Die Vorteile der Erfindung treten besonders stark hervor, wenn ausserdem Mittel angewendet werden, denen zufolge der Temperaturunterschied zwischen verschiedenen Stellen der Kathode gering ist, u. zw. weniger als 500 beträgt.
Wird nämlich der Kupferschicht eine angemessene Dicke, z. B. von 0-05 mm, gegeben, so ist auch infolge des Umstandes, dass die Wärmeleitfähigkeit des Kupfers sehr günstig ist, die Temperatur dieses Kupfers an verschiedenen Stellen der Kathode sehr wenig verschieden. Diese Gleichmässigkeit wird durch etwa mögliche Ungleichmässigkeit in der Ausstrahlung des Oxyds nicht ungünstig beeinflusst. weil bei der Bauart gemäss der Erfindung die Dicke des Oxyds sehr gering ist. Es können erforderlichenfalls ausserdem noch andere Ausgleiehmittel verwendet werden, die in diesem Fall jedoch nur in geringem Masse angewendet zu werden brauchen.
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Solch ein Ausgleichmittel für indirekt geheizte Kathoden besteht darin, dass an jenen Stellen der Kathode, die am meisten abzukühlen drohen, eine grössere Länge des Heizdrahtes angeordnet wird, z. B. durch Herabsetzung der Ganghöhe eines wendelförmig gewickelten Heizdrahtes innerhalb einer zylindrischen Kathode an den Enden der Kathode. Ein anderes Mittel ist die Verkleinerung der ausstrahlenden Oberfläche der Kathode an der Stelle der grössten Wärmeabfuhr, z. B. durch kegelförmige Ausgestaltung der Enden einer zylindrischen Kathode.
Es ist einleuchtend, dass die mit der erfindungsgemässen Bauart erreichbaren Vorteile auch in der Weise ausgenutzt werden können, dass in einer Entladungsröhre mit bestimmten Eigenschaften bei gleichbleibender zugeführter Energie und gleichbleibender Temperatur der Kathode die bisher übliche Oberfläche der Kathode erheblich vergrössert wird. Es kann in diesem Fall also bei der gleichen Heizenergie für die Kathode eine viel grössere Steilheit der Röhre erreicht werden.
Es kann ferner mit der oben beschriebenen Bauart der weitere Vorteil erzielt werden, dass infolge der geringen Ausstrahlung je Oberllächeneinheit der Kathode auch die andern in der Röhre vorhandenen Elektroden eine verhältnismässig niedrige Temperatur behalten, wodurch verschiedene bei diesen Röhren häufig auftretende Nachteile verringert werden können.
Die Erfindung ist anwendbar an Entladungsröhren mit direkt zu heizenden und insbesondere an jenen mit indirekt zu heizenden Kathoden, die im übrigen auf die übliche Weise hergestellt werden.
Die Kathode kann ferner in Empfangsröhren, Verstärkerröhren, Gleichrichtern, Senderöhren und in Entladungsröhren für andere Zwecke verwendet werden.
Als Metall für die Unterlage kann ausser Kupfer auch Gold oder Silber oder können Legierungen, z. B. eine Legierung von Kupfer und Gold, verwendet werden.
Es wurde zwar bereits vorgeschlagen, für die Unterlage einer Oxydkathode Kupfer zu verwenden, aber das Kupfer wurde in diesem Fall oxydiert und dieses Oxyd verdampfte wieder während des Betriebes.
Bei der vorliegenden Erfindung werden jedoch die Eigenschaften der reinen unoxydierten Metalloberfläche benutzt.
Weiters wurde auch schon vorgeschlagen, Metalle, wie Wolfram, Molybdän, Nickel, Kupfer usw.. als Kernkörper einer Kathode zu verwenden. Dabei wurde aber Kupfer stets als vollkommen gleichwertig mit Nickel angesehen, und die erfindungsgemässe Verwendung von Kupfer im Zusammenhang mit einer dünnen Emissionsschicht war diesen Vorschlägen keineswegs zu entnehmen.
In einer bestimmten Ausführungsform ist die Kathode z. B. wie folgt aufgebaut :
In einem Magnesiumoxydstäbchen, das eine Länge von 30 mm und einen Durchmesser von 0-2 mm aufweist, sind in der Längsrichtung nebeneinander zwei Bohrungen angebracht, in die ein haarnadelförmiger Heizdraht aus Wolfram mit einem Durchmesser von 0. 07 mm gelegt ist. Die freien Enden des Wolframdrahtes ragen z. B. um 2 mm aus dem Ende des Magnesiumoxydstäbchens vor und können je mit einem Stromzuführungsdraht verbunden werden.
Das Magnesiumoxydstäbchen ist durch Aufschieben eines Kupferzylinders, durch Aufspritzen oder auf sonstige Weise mit einem Kupfermantel zur Dicke von 01 mm versehen.
Auf den Kupfermantel ist an der Aussenseite nach einem der bekannten Verfahren eine Bariumoxydschicht bis zur Dicke von 0'02 mm aufgebracht. An den Kupfermantel, der mit dem Bariumoxyd die eigentliche Kathode bildet, ist an einer Seite ein Stromzufiihrungsdraht angeschweisst.
PATENT-ANSPRÜCHE : l. Elektrische Entladungsröhre mit einer Oxydkathode, bei welcher der emittierende Stoff auf ein Metall oder eine Metallegierung mit geringerem Strahlungsvermögen als Nickel oder Platin, zweckmässig Kupfer, aufgebracht ist, wobei die Dicke der Schicht des emittierenden Stoffes kleiner als 0-1 mm und zweckmässig kleiner als 0-05 mm ist.