<Desc/Clms Page number 1>
Gas- oder dampfgefüllte Gleichrichterröhre mit Glühkathode, insbesondere für hohe Spannungen.
Die Erfindung bezieht sich auf eine mit Gas oder Dampf gefüllte Gleichrichterröhre mit direkt geheizter Kathode für höhere Leistungen und insbesondere auch für hohe Spannungen. Durch die in derartigen Hochspannungsröhren auftretende hohe Feldstärke werden die Elektroden sehr stark beansprucht, indem sie unter Umständen einem sehr heftigen Ionen-bzw. Elektronenbombardement unterliegen. Die Erfindung geht darauf hinaus, die schädlichen Einwirkungen der Feldstärke an der Kathode und der Anode der Röhre zu beheben.
Für die direkt geheizte Glühkathode ist dazu vor allem wesentlich, dass sie einen guten Wärmeausgleich besitzt und nicht durch ungleichmässige Beheizung punktförmige Erhitzungen der emittierenden Schicht entstehen können. An diesen besonders heissen punktförmigen Stellen setzt nämlich sehr leicht die Entladung unter Bildung eines Kathodenfleckes an und zerstört dann hier durch heftiges Ionenbombardement sehr bald die ganze Kathode.
Gemäss der Erfindung werden diese Nachteile dadurch ausgeschaltet, dass der für grössere Leistungen erforderliche lange Kathodenglühfaden aus mehreren gleichartigen Teilglühkathoden zusammengesetzt wird, die in Form von Wendeln parallel nebeneinander derart dicht angeordnet werden, dass alle emittierenden Kathodenteile durch gegenseitige Wärmezustrahlung im wesentlichen gleiche Temperatur besitzen. Die emittierenden Teile dieser verhältnismässig grossflächigen Kathode bilden also gewissermassen Hohlräume, deren Wände einander die Wärme zustrahlen, so dass praktisch ähnlich wie bei einem schwarzen Körper, eine gleichmässigewärmeverteilung vorhanden ist.
Es ist bereits bekanntgeworden, zur Erhöhung der Kathodenleistung in Entladungsgefässen zwei oder mehrere Kathodenglühdrähte z. B. Kathodenwendel, zu verwenden und diese Teilkathoden entweder parallel oder in Reihe zu schalten. Bei diesen bekannten Kathoden sind die einzelnen emittierenden Wendel jedoch räumlich weit voneinander, insbesondere von einem Fuss aus nach verschiedenen Richtungen auseinanderstrebend angeordnet. Thermisch sind diese Kathoden sehr ungünstig, da bekanntlich die Enden jedes direkt geheizten Drahtes kühler sind als die Mitte. Dadurch, dass nun bei den bekannten Kathoden die Enden frei stehen, wird hier die Wärmeabstrahlung noch erhöht. Diese Nachteile sind bei der erfindungsgemäss ausgebildeten Kathode durch den gedrängten Aufbau der Teilglühkathoden vermieden.
Hier strahlen sich sämtliche emittierenden Teile Wärme zu und heizen sieh auf diese Weise gegenseitig auf weitgehend gleiche Temperatur auf.
In vielen Fällen, insbesondere wenn es darauf ankommt, die Röhre mit geringer Heizenergie zu betreiben, ist es zweckmässig, die Kathodenwendeln mit einem Wärmeschutzmantel zu umgeben, in welchem einzelne Löcher für den Durchtritt der Entladung vorgesehen sind. Gemäss der Erfindung wird nun der Wärmeschutzmantel unmittelbar von dem in den Kathodenfuss eingeschmolzenen Stützdraht der Kathodenwendeln getragen. Dadurch ergeben sich fabrikatorisch und für die Serienherstellung der Röhre ganz wesentliche Vorteile. Zweckmässig wird jede Teilglühkathode von einer Doppelspirale gebildet, indem auf einem verhältnismässig starken spiralförmig ausgebildeten Draht ein verhältnismässig sehr dünner Draht wiederum spiralförmig aufgewickelt ist und sich auf diesem dünneren Draht ein Überzug aus hochemittierendem Material befindet, beispielsweise Bariumoxyd.
Die verschiedenen Teilkathoden sind nebeneinander angeordnet, vorzugsweise in senkrechter Lage um die (gedachte) Mittelachse der Entladungsbahn herum symmetrisch verteilt. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, vier Teilkathoden zu verwenden, so dass jede die eine Seite eines Würfels bildet. Die Teilkathoden sind zweck-
<Desc/Clms Page number 2>
mässig so nahe beieinander angeordnet, dass sie sich gegenseitig Wärme zustrahlen. Auf diese Weise nimmt die gesamte Kathode auch einen verhältnismässig sehr geringen Raum ein, was sich für den Entladungsvorgang zwischen der Kathode und der Anode als besonders vorteilhaft erwiesen hat, insbesondere auch um zu verhüten, dass von der Kathode abdampfendes emittierendes Material (Barium) auf die Anode gelangen kann.
Um dieses in einem besonders hohen Masse sicherzustellen und damit eine sehr wesentliche Ursache für die Rückzündungserscheinung auszuschalten, ist die (gesamte) Glühkathode zweckmässig unter einem"Dach"angeordnet, so dass etwa von der Kathode abdampfendes Material (Barium) zum wesentlichsten Teile von diesem Dach von der Anode abgehalten wird. Dieses Dach besteht vorteilhaft aus einem an seinem Rande nach der Kathodenseite umgebogenen Metallblech, dessen Halterung auf dem Kathodenfuss gleichzeitig als die eine Halterung der Teilkathoden dient. Die Stromzuführungen der Glühkathode werden vorteilhaft von dem Kathodenfuss getragen, indem sie in demselben in einem Quetschfuss eingesehmolzen sind. Die Teilkathoden sind am besten sämtlich oder aber gruppenweise untereinander parallelgeschaltet.
Bei der vorzugsweise verwendeten Doppelspiralkathode als Teilkathode dient hauptsächlich der innere stärkere Draht für die Führung des Heizstromes. Die Glühkathode ist vorteilhaft so eingerichtet, dass die Heizspannung etwa 4-5 Volt beträgt. Die Heizspannung hat am besten einen Wert, der unterhalb der Ionisierungsspannung der Gas-oder Dampffüllung der Entladungsröhre liegt, so dass störende Entladungen zwischen den Stromzufühnmgsdrähten der Kathode weitgehendst vermieden sind.
Durch die neue Bauart der Glühkathode wird in besonders weitgehendem Masse erreicht, dass die Glühkathode bei ausserordentlich guter Lebensdauer über einen sehr grossen (maximalen) Elektronenemissionsstrom verfügt und diesen unbeschadet beibehält. Das hoehemittierende Material haftet fest und in beträchtlichem Vorrat auf den Teilkathoden. Durch die Verwendung des erwähnten Daches ist des weiteren sichergestellt, dass Spuren hochemittierenden Materials, die etwa von der Kathode abdampfen, wirksam daran gehindert werden, auf die Anode oder deren Stromzuführung zu gelangen.
In besonderen Fällen ist es zweckmässig, die Glühkathode am besten nach allen Seiten hin durch einen Metallmantel abzuschirmen, so dass das Innere des Metallmantels, in dem sich die Glühkathode befindet, nur durch Löcher mit dem Entladungsraum in Verbindung steht, die in dem Mantel auf der der Anode abgekehrten Seite vorgesehen sind. Ein solcher Mantel dient dazu, die Heizleistung der Glühkathode herabzusetzen, indem er als sogenannter Strahlungsschutz wirkt. Ausserdem wird durch den Mantel noch weitgehender verhindert, dass etwa von der Kathode abdampfendes hochemittierendes Material auf die Anode bzw. deren Stromzuführungen gelangen kann.
Die Entladungsröhre wird vorteilhaft einanodig ausgebildet, obwohl es auch im Rahmen der
EMI2.1
verteilt zu der (gedachten) Mittelachse der Röhre.
Nach der Erfindung ist der Stromzuführungsdraht der Anode und insbesondere dessen Einschmelzstelle wirksam dagegen geschützt, dass sich daran ungewollte Entladungen ansetzen können.
Der Stromzuführungsdraht der Anode, der gleichzeitig zur Halterung der Anode dient, ist von der Einschmelzstelle aus mit einer Glasmanschette (Hülse) eng umgeben, die sich zweckmässig bis in die unmittelbare Nähe der Eintrittsstelle der Anodenstromzuführung in die eigentliche Anode erstreckt. Um die Abschirmung zu vervollkommnen, hat die Anode vorteilhaft die Gestalt eines Bechers, dessen Hohlseite der Anodenstromzuführung zugekehrt ist. Der die Anode bildende Becher hat keinerlei scharfe Kanten, sondern ist in geeigneter Weise abgerundet. Die Anode besteht am besten aus Graphit, vorzugsweise aus dem im Handel unter dem Namen"elektrographitierter Graphit"erhältlichen Material.
Um die Einschmelzstelle der Anodeneinführung wirksam zu schützen, ist nach der Erfindung eine sich zweckmässig an die erwähnte Glasmanschette anschliessende Glashülse vorgesehen, die die Einschmelzstelle der Anode umgibt, am besten auf ihrer ganzen Länge und darüber hinaus.
Zur näheren Erläuterung ist in der Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
1 ist die Entladungsröhre, die am besten vollständig aus Hartglas besteht und in ihrem mittleren kugelartigen Teil die Anode 20 und die Glühkathode enthält. Die Glühkathode wird von den vier Teilglühkathoden 10, 11, 12, 13 gebildet. Jede der Teilglühkathoden 10, 11, 12, 13 hat die in Fig. 3 des näheren dargestellte Beschaffenheit. Sie besteht nämlich aus dem verhältnismässig starken Draht 21, vorzugsweise aus Wolfram, der spiralförmig gestaltet ist. Dieser Draht 21 trägt wiederum spiralförmig aufgewickelt den sehr dünnen Draht 22, vorzugsweise aus Nickel. Der Draht 22, der den Draht 21 ganz dicht bedeckt, ist mit einem Überzug von hochemittierendem Material, beispielsweise Bariumoxyd, versehen.
Die Herstellung kann in der Weise erfolgen, dass zunächst die Spirale 21 mit dem darauf aufgewickelten Draht 22 hergestellt wird und danach dieses Gebilde mit dem Überzug aus hochemittierendem Material versehen wird. Oberhalb der Glühkathode 10, 11, 12,13 befindet sich das Dach 6, das von einem nach unten gebogenen Blech, vorzugsweise aus Nickel, besteht. Es ist so gross gewählt, dass es die Glühkathode nach den Seiten hin überragt, so dass die Anode von der Glühkathode aus nicht "gesehen" werden kann.
Der Schirm 6 wird von einem in dem Kathodenfuss 2 eingeschmolzenen Haltedraht 3 getragen. Am oberen Teil des Haltedrahtes 3 ist ein Drahtbügel 7 befestigt, der seinerseits die Drahtbügel und 9 trägt. An den Enden der Drahtbügel und 9 ist je eine der Teilkathoden 10, 11, 12, 13 mit ihrem einen Ende be-
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
parallelgeschaltet sind. Durch die Bügel und 14 sind die Teilkathoden 12 und 1. 1, durch die Bügel 9 und 15 die Teilkathoden 10 und 11 parallelgeschaltet. Durch den Bügel 7 sind die parallelgeschalteten Teilkathoden 12, 1. und 10, 11 in Reihe geschaltet.
Um die Glühkathode herum kann der Metallmantel 16 vorgesehen sein, der zweckmässig unten geschlossen ist. Er ist mit seinem oberen Ende an dem äusseren Rande des Schirmes 6 zu befestigen.
Für den Durchtritt des Entladungsstromes kann der Zylinder 16 mit Löchern versehen (perforiert) sein.
Gemäss der Fig. 2 sind in der Mantelfläche des Zylinders 16 den verschiedenen Teilkathoden zugeordnete Lochreihen vorgesehen. Der Teilkathode 12 ist die Lochreihe 17, der Teilkathode 11 die Lochreihe 18 zugeordnet. Teilkathoden und Lochreihen können gegeneinander versetzt angeordnet sein. An Stelle des Blechzylinders 16 kann in manchen Fällen mit Vorteil ein entsprechender Zylinder aus Drahtgeflecht verwendet werden. - Der Zylinder 16 (Fig. 1) besitzt an seinem Boden Durchbohrungen für den Durchtritt der Stromzuführungsdrähte 4 und 5. Gehalten wird der Zylinder 16 an seinem Boden durch den Haltedraht 3 und an seinem oberen Rande durch den Schirm 6.
Die Anode 20 besitzt becherartige Gestalt. Sie wird getragen von dem aus Wolfram bestehenden Einschmelzdraht 24 mit Hilfe des als Zwischenstück dienenden Drahtes 23. Nach aussen hin steht der Wolframdraht 24 über ein Zwischenstück 25 mit dem Kupferdraht (oder Litze) 26 in Verbindung. Der gesamte Kolben besteht aus Hartglas. Über die Einschmelzstelle hinaus setzt sich ein Glasröhrchen 27 an, das sich in der gezeichneten Weise unmittelbar bis an die Stelle erstreckt, an der der Draht 23 in die Anode 20 eintritt. Die Seitenwände der becherartigen Anode erstrecken sich über diese Stelle hinaus nach der Einschmelzstelle zu. An das Röhrchen 28 ist ein etwas weiteres Glasrohr 29 (etwa auf der halben Länge des Rohres 28) angeschmolzen.
Das Rohr 29 erstreckt sich über die Einschmelzstelle des Drahtes 24 hinaus bis in die unmittelbare Nähe der Glaswandung der Röhre 1. Die Glasröhren, die zur Abdeckung des Stromzuführungsdrahtes der Anode und dessen Einschmelzstelle dienen, bestehen zweckmässig aus Hartglas (ebenso wie der ganze Kolben). In manchen Fällen ist es indessen zweckmässig, dass die in Fig. 1 schraffiert gezeichneten Glasrohrteile 28, 29 aus Pyrex-Glas bestehen, während der Kolben selbst und das Glas an der Einschmelzstelle Wolfram-Hartglas ist.
Das Röhrchen 29 kann auch mehr in der Nähe des unteren Randes des Rohres 28 angesetzt sein, gegebenenfalls derart, dass das Rohr 28 an seinem unteren Rande kontinuierlich in das Rohr 29 übergeht (kontinuierlich hinsichtlich des Kurvenverlaufes).
Die erfindungsgemässe Röhre arbeitet mit einer Lichtbogen-bzw. lichtbogenartigen Entladung (Glimmbogen) und enthält zu diesem Zwecke eine Gas-oder Dampffüllung. Als Gasfüllung wird zweckmässig eines der Edelgase oder ein Gemisch derselben verwendet. Vorzugsweise wird eine Dampffüllung verwendet, u. zw. Quecksilberdampffüllung. Der Quecksilberdampf wird von einer gewissen Menge Quecksilber 19 geliefert, die sich am Boden der Röhre befindet. Gegebenenfalls kann an Stelle von Quecksilber als dampfliefernder Körper ein Quecksilberamalgam verwendet werden.
Mit einer Röhre der in Fig. 1 dargestellten Art wurden bei den der Erfindung zugrunde liegenden Versuchen Gleichströme von 6 Amp. erhalten, u. zw. bei einer Sperrspannung von 25.000 Volt (Spitzenwert). Die Röhren nach der Erfindung sind daher in besonderem Masse zur Erzeugung bzw. Umformung hoher Spannungen geeignet und können daher vorteilhaft vor allem auch in Sendeanlagen verwendet werden, bei denen es darauf ankommt, die hohe Anodenspannung für die Senderöhren aus einer Wechselspannung durch Gleichrichtung zu erzeugen.
Die erfindungsgemässe Ausbildung der Röhre bietet noch den weiteren Vorteil, dass die Abmessungen der Röhre ausserordentlich klein gehalten werden können. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Röhre nach der Fig. 1, die, wie schon erwähnt, ohne weiteres mit 25.000 Volt Sperrspannung betrieben werden kann, beträgt die Höhe der Röhre von dem obersten Ende des Glasteiles bis zum untersten Ende desselben 275 mm, wobei die Glaskugel (der mittlere Teil der Röhre) einen Durchmesser von 125 mm besitzt. Bei dieser Ausführungsform beträgt der Abstand zwischen der Anodenstirnfläche (bzw. dem vordersten Punkt der Anode) und dem vordersten Punkt der Kappe 6 etwa 8-10mm ; die mittlere Entfernung der Glühkathode vom Boden der Röhre und damit von dem Quecksilbertropfen 19 hat den Betrag von 155 mm.
Der Quecksilbertropfen hat dabei praktisch Zimmertemperatur.
Zur Abschirmung des Kathodenfusses und der in diesem enthaltenen Einschmelzstellen kann noch eine Abschirmplatte 10 vorgesehen sein, die aus Metall besteht und zweckmässig an dem Stütz- draht 3 befestigt ist. Sie besitzt entsprechende Durchbohrungen für den Durchtritt der Stromzuführungs- drähte 4 und 5. Die Anwendung dieser Abschirmplatte oder gegebenenfalls mehrerer solcher Abschirmplatten empfiehlt sich insbesondere dann, wenn ein Zylinder 16 verwendet wird, der unten offen ist, oder von der Benutzung eines solchen Zylinders 16 überhaupt abgesehen wird und zur Abdeckung der
Sicht"zwischen Anode und Kathode nur die Kappe 6 dient.
Unter Umständen kann es zweckmässig sein, den Haltedraht 3 durch den Kathodenfuss hindurch nach aussen zu führen und ihn als die eine Stromleitung für die Kathode zu benutzen. Dadurch kann
<Desc/Clms Page number 4>
in einfacher Weise erreicht werden, dass das vom Heizstrom der Kathode herrührende Magnetfeld nach aussen kompensiert ist. Dementsprechend sind dann die Teilkathoden untereinander zu schalten ; der Draht 3 dient dann als die Hinleitung des Heizstromes, während die Teilkathoden als gemeinsame Rückleitung des Heizstromes verwendet werden.
In der Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Röhre nach der Fig. 4 besitzt einen ähnlichen Kathodenaufbau wie die Röhre nach der Fig. 1 mit dem Unterschied, dass die Röhre nach der Fig. 4 an Stelle von vier Doppelspiralen nur zwei Doppelspiralen als Glühkathode besitzt. An Stelle des Zylinders 16 bei der Röhre nach der Fig. 1 ist bei der Röhre nach Fig. 4 ein Blechkasten 31 verwendet. In diesem befinden sich die beiden parallel zur Achse der Entladungsbahn angeordneten Doppelspiralen. Der Kasten 31 ist dementsprechend mit zwei Lochreihen versehen, von denen die erstere 32 auf der Vorderseite des Kastens erkennbar ist. Die der zweiten Doppelspirale zugeordnete Lochreihe befindet sich auf der Rückseite des Kastens 31. Der Kasten 31 ist auf der Abschirmplatte 30 angeordnet.
Als Anode dient bei der Röhre nach der Fig. 4 eine Graphitscheibe 33 mit aufgebogenem Rand. Die Röhre ist kathodenseitig mit dem Sockel 34 versehen. 35 ist der Anschluss für die Anode.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt die Fig. 5, u. zw. für den Fall, dass die Glühkathode aus zwei Doppelspiralen besteht, die auf der Achse der Entladungsbahn senkrecht stehen. Die beiden Doppelspiralen sind mit 36 und 37 bezeichnet. Die beiden Doppelspiralen sind durch den kastenartigen Teil 38 aus Metall überdacht, der an seiner Vorderseite und seiner Rückseite offen ist, um den Durchtritt des Entladungsstromes zu gestatten. Der Teil 38 ist auf der Metallscheibe 30 angebracht, die durch den Haltedraht 3 getragen wird. Die Doppelspiralen 36 und 37, die in Reihe geschaltet sind, werden einerseits an ihren freien Enden durch die Umbiegungen 39 und 40 der Stromzuführungsdrähte 4 und 5 gehalten und anderseits an ihrem Zusammenschlusspunkt durch die Umbiegung 41 des Haltedrahtes 3.
An der Umbiegung 41 ist zu diesem Zweck der Bügel 42 angebracht, der seinerseits auch auf der Platte 30 befestigt sein und zu deren Halterung dienen kann. Fig. 6 zeigt die Anordnung und Anbringung der Doppelspiralen 36,37 auf der Platte 30 in Draufsicht. Die Platte 30 ist für den Durchtritt der vom Kathodenfuss kommenden Halte-bzw. Stromzuführungsdrähte mit entsprechenden Durchbohrungen versehen.
Vorzugsweise dienen die Röhren der Erfindung zur Umformung sehr hoher Spannungen, jedoch können die Röhren nach der Erfindung auch zur Umformung, insbesondere Gleichrichtung, niedrige oder sehr niedriger Spannungen dienen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Gas- oder dampfgefüllte Gleichrichterröhre mit direkt geheizter Glühkathode, insbesondcrt. für hohe Spannungen, bei der die Glühkathode aus mehreren gleichartigen Teilglühkathoden in Form von Wendeln besteht, dadurch gekennzeichnet, dass diese Wendeln parallel nebeneinander derart dicht angeordnet sind, dass alle emittierenden Kathodenteile durch gegenseitige Wärmezustrahlung im wesentliehen gleiche Temperatur annehmen.