<Desc/Clms Page number 1>
Glühkathode,
Für gas-oder dampfgefüllte Entladungsröhren mit Glühkathode sind in den letzten Jahren, fussend auf dem Prinzippatent der Hohlkathode D. R. P. Nr. 323206, eine ziemlich Anzahl von Kathodenkonstruktionen entwickelt worden, wobei sämtlichen Konstruktionen das Streben nach Erzielung grosser Emissionsflächen bei kleinem Gesamtvolumen gemeinsam ist. Zur Kennzeichnung des derzeitigen Standes der Technik seien als Konstruktionsbeispiele für derartige Kathoden die Ausführungen nach britischem
EMI1.1
einzelnen Entladungseintrittsquerschnitte (Lamellen oder Wabenfächer) durch Blechwände begrenzt sind. Die ganze Kathode wird bei dieser Bauart ein verhältnismässig leichtes. luftiges Gebilde mit ziemlich geringer Masse und geringer Wärmekapazität.
Da überdies der Summenquerschnitt aller Wabenwände in der Stromrichtung relativ niedrig ist, kommt es bei Überlastungen und Kurzschlüssen leicht vor, dass die Kathode lokalen Zerstörungen unterliegt, einzelne Wabenwände oder ganze Wabengruppen abgeschmort werden bzw. zusammenbrennen, was mit einer teilweisen oder gänzlichen Zerstörung der Kathode gleichbedeutend ist.
Bei diesen Konstruktionen lassen sich zwar bei gedrängtem Aufbau ausreichende Emissions- flächen unterbringen, jedoch genügt die Widerstandsfähigkeit dieser leichten Bauarten den üblichen Betriebsbedingungen keineswegs.
In ganz anderer konstruktiver Richtung wäre als Beispiel die Bauart nach österr. Patent Nr. 133621 anzuführen, die einen sehr massiven Aufbau zeigt. Dabei wird allerdings in Kauf genommen, dass als wirksame Emissionsfläche nur der einhüllende Zylinder zur Verfügung steht, d. h. diese Bauart besitzt zwar den Vorteil grösserer Masse und reichlicher Reserve an aktivem Material, muss aber auf jede Fläehenvervielfachung innerhalb des zur Verfügung stehenden Hüllvolumens verzichten, d. h. die Kathode wird bei gleicher spezifischer Emission (Ampere pro Quadratzentimeter Oberfläche) gross und braucht dementsprechend viel Heizleistung.
Die nachstehend beschriebene erfindungsgemässe Kathodenkonstruktion behandelt eine Grossoberflächenbauart, deren Raumausnutzung alle bisherigen Kathodenbauarten weit übertrifft und die überdies gleichzeitig einen ausserordentlich massiven, widerstandsfähigen Aufbau besitzt.
Fig. 1 zeigt prinzipiell einen Normalquerschnitt (Schnittebene normal zum Entladungseintritt) für eine Wabenkathode bei Blechaufbau. Die Aktivierung der Blechwände ist durch Striehlierung an-
EMI1.2
gezeichneten Flächen vollen Metallquerschnitt darstellen. Die Aktivierung der Wände der Wabenlüeken ist wieder durch Strichlierung angedeutet. Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass die Bauart nach Fig. 2 wesentlich grössere Masse aufweist, grössere Wärmekapazität und grössere Stromquerschnitte besitzt. Dementsprechend ist auch ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber Strombeanspruchungen, Überlastungen und Kurzschlüsse eine wesentlich höhere als bei den allzu leicht gebauten Blechgebilden nach Fig. 1.
Die konstruktive Auswertung des Erfindungsgedankens ist in verschiedenen Varianten möglich.
Eine Reihe für die praktische Herstellung recht günstiger Anordnungen wird im nachstehenden näher beschrieben.
<Desc/Clms Page number 2>
Fig. 3 zeigt den Gesamtaufbau des aktiven Körpers der Kathode in perspektivischer Darstellung, während Fig. 4 den Schnitt durch die Mittelachse, Fig. 5 den Schnitt normal zur Achse zeigt. Die ganze
Kathode ist aus einzelnen Seheiben nach Fig. 6 aufgebaut, die um je eine halbe Zahnteilung versetzt übereinander geschichtet werden, so dass sich für die Zylinderhüllfläche das schachbrettartige Muster nach Fig. 2 bzw. Fig. 3 ergibt.
Die einzelnen Scheiben werden dabei auf ein Rohr (Fig. 4) aufgefädelt, wobei nach Erreichung der genügenden Scheibenzahl und Vorsehung je einer ungezahnten Endscheibe der Rand des Rohres unter Druck ausgebördelt wird, so dass das ganze Scheibenpaket unter Pressung steht. Eine der beiden entsprechend verstärkten Endscheiben nimmt die Anschlussbolzen für die Stromleitung auf. Das Metallrohr kann auch entfallen, sofern die Einzelseheiben an ihrem inneren ungezahnten Ringteil (schraffierte Fläche der Fig. 7) durch Punktschweissung untereinander verbunden werden. Eine weitere Ausführung ist in Fig. 8 gezeichnet. Zwei oder mehrere Löeher nehmen durchgehende vernietete Bolzen, die gleichzeitig zur Stromableitung benutzt werden können, auf. Bei der Ausführung der Zähne bzw.
Nuten der Scheiben nach Fig. 6 hat man weitgehende Freiheit. Man wird im allgemeinen rechteckige Zähne und trapezförmige Nuten verwenden, wobei am Nutgrund Nutbreite ungefähr gleich Zahnbreite ist. Am äusseren Scheibendurchmesser ergibt sich dann die Nutbreite grösser wie die Zahnbreite, was für den Eintritt der Entladung in die Kathodenfläche günstig ist.
Fig. 11 und 12 zeigt die abgewickelten Zylinderschnitte für die beschriebene Zahnform nahe dem Nutgrund und nahe der äusserenHüllfläehe. Es ist aber ohneweiteres auch möglich und zulässig, auch die Zähne trapezförmig zu. gestalten, oder sogar, um eine noch höhere Flächenausbeute zu erzielen, die Nuten und damit auch die Zähne gekrümmt, etwa nach Evolventen auszuführen. Führt man die Zähne trapezförmig aus mit radial verlaufenden Flanken, so ergibt sich der abgewickelte äussere Zylinderquerschnitt nach Fig. 13, d. h. die am unteren Rand quadratischen Waben gewinnen mit zunehmendem Durchmesser gegen die Kathodenhüllfläehe hin immer mehr rechteckige Gestalt.
Die Dicke der Blechteile wählt man zweckmässigerweise ungefähr gleich der Nutbreite am Nutgrund, was nach obigen Ausführungen gleichzeitig der Zahnbreite an der Zahnwurzel entspricht.
Die nach den Fig. 5-8 herzustellenden Blechscheiben besitzen, wie ersichtlich, eine für den Stanz- vorgang massgebende ziemlich beträchtliche Scherfläehe, die in ihrer Grösse durch das Produkt Umfang mal Blechstärke gegeben ist. Um besonders bei kleineren Scheiben bis etwa 25 mm Gesamtdurchmesser keine Überbeanspruchung der Stanzwerkzeuge zu erhalten, ist es je nach Festigkeit der verwendeten Blechsorten empfehlenswert, die im vorstehenden gleich der Nutbreite angegebene Blechstärke zu unterschreiten und, um keine allzu knappenEinzeleintrittsquersehnitte für den Entladungseintritt zu erhalten, die Scheiben nach Fig. 14 zu schichten.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, wird die geringere Blechstärke der Zahnscheibe durch eine kleine Zwischenscheibe kompensiert, womit sich ein Wabenbild nach Fig. 15 ergibt.
Bei Betrachtung der beiden Fig. 1 und 2 scheint die Flächenausnutzung der erfindungsgemässen Kathode kleiner bzw. nur halb so gross als wie bei einer Konstruktion nach Fig. L Dies gilt aber nur so lange, als für die beiden Bauarten die Wabengrösse (Mass a der Fig. 1 und 2) gleich gewählt wird. Während man beim Blechaufbau nach Fig. 1 aus Herstellungsgründen nur schwer unter 5-6 mm für das Mass a gehen kann, lässt sich beim Massivbau nach Fig. 2 ein wesentlich kleineres Mass, 0 : 5-1 mm, ohne Schwierigkeit erzielen, wodurch der 50% ige Verlust der Flächenausnutzung,'der zwischen den beiden Bauarten nach Fig. 1 und 2 gegeben ist, weitaus überkompensiert wird.
Die Massivbauart ergibt also bei gleicher Emissionsfläche wesentlich kleinere Gesamtabmessungen als die Blechbauart. Dies wirkt sieh besonders hinsichtlich des Heizleistungsbedarfes günstig aus, da die im Volumen wesentlich kleinere Massivkathode unter sonst gleichen Bedingungen mit entsprechend kleineren Heizleistungen auskommt. Erfindungsgemäss wird aber von diesem Vorteil des grundsätzlich kleineren Heizleistungsbedarfes nur indirekt Gebrauch gemacht, derart, dass der Wärmeschutz gegenüber den bisher gebräuchlichen Bauarten entsprechend reduziert und in der Formgebung geändert wird, um gegenüber den bisherigen Bauarten günstigere Zünd-und Entladungsbedingungen zu erhalten.
Um die ziemlich voluminöse Bleehkathode mit einer wirtschaftlich erträglichen Heizleistung auf Emissionstemperatur zu bringen, war die Anordnung von 2 bis 3 und noch. mehr sie eng umgebenden und ineinander geschachtelte Wärmesehutzmänteln nötig. Dadurch wird zwar die entsprechende Wärmebilanz der Kathode erreicht, aber die mehrfachen Wärmesehutzmäntel wirken gleichzeitig unbeabsichtigt als Kathodengitter und erschweren das Zünden, speziell das Angehen der Röhren ausserordentlich.
Erfindungsgemäss wird die Massivwabenkathode mit Wärmesehutzmänteln von kugelförmiger Gestalt ausgerüstet. Die Konstruktion ist in Fig. 9 dargestellt, der Schutzmantel besteht aus Kugelkalotten, die ungefähr am Äquator der ideellen Kugel einen Ringspalt für den Austritt der Entladung frei lassen. Es hat sich gezeigt, dass mit Rücksicht auf die kleinen Abmessungen des aktiven Kathodenkörpers dieser kugelförmige Strahlschutz, obwohl er die Kathode nicht so knapp einschliesst als die bisher gebräuchlichen mehrfachen koaxialen Zylindersehutzmäntel, vollkommen ausreicht, um eine wirtschaftlich brauchbare Heizleistung zu erzielen.
Umgekehrt ergibt der im Verhältnis zum Kathodenhauptkörper
<Desc/Clms Page number 3>
so weit und luftig gehaltene Kugelschutzmantel mit Ringspalt wesentlich günstigere Angeh-und Zünd- bedingungen als die mehrfachen Zylindermäntel mit Löcherdeckeln.
Für Glühkathodenröhren, die mit dauernder momentaner Betriebsbereitschaft und kleinen Be- lastungsfaktoren arbeiten, bei denen also die Heizleistung wirtschaftlich eine besonders beachtliche Rolle spielt, empfiehlt sich die Verwendung zweier oder mehrerer konzentrischer Kugelschutzmäntel, wobei die Mäntel nur geringe Durchmesserdifferenzen, etwa 1 bis 5% vom Durchmesser aufweisen. Der Ring- spalt zwischen den beiden Mantelhälften wird mit etwa 5 bis 10% des Kugeldurchmessers gewählt.
Dieser Spalt ergibt einen genügend grossen Austrittsquerschnitt für die Entladung. Um eine direkte Ausstrahlung des aktiven Hauptkörpers durch den Ringspalt zwischen den beiden Mantelhälften zu verhindern, kann dieser Spalt durch einen zusätzlichen Sehutzring, etwa nach Fig. 16 oder 17, abgedeckt werden.
Bei Verwendung der vorbeschriebenen Kathode in Entladungsgefässen mit reiner Dampffüllung ohne Edelgaszusatz ist es zweckmässig, um eine möglichst günstige Wärmebilanz des gesamten Ent- ladungsgefässes zu erhalten, die Kathodenkonstruktion erfindungsgemäss wie folgt zu ergänzen. Bekanntlich muss bei Röhren mit reiner Dampf füllung die Entladungsatmosphäre, der genügende Dampfdruck, erst durch die von der Kathode ausgestrahlte Wärme geschaffen werden, wobei die Höhe des Dampfdruckes durch die jeweils kälteste Stelle im Entladungsgefäss fixiert ist.
Die innerhalb des Gefässes frei werdende Wärmeenergie, die für die Temperatur der kältesten Stelle des Rohres und damit auch für den Dampfdruck massgebend ist, unterliegt zwischen Leerlauf (Kathodenheizung ohne Entladung) und Vollast des Entladungsgefässes ausserordentlich grossen Schwankungen. Die Verlustleistung der Entladungsstrecke beträgt unter Umständen mehr als das Zehnfache der reinen Kathodenheizleistung. Die Kathodenheizung allein muss aber für die Schaffung des genügenden Dampfdruckes ausreichen, damit das Rohr angeht ; die mit wesentlich grösserer Energie erfolgende Naehheizung durch den Elltladullgsverlust bringt eine zumindest in ihrem Ausmass ganz unerwünschte Drucksteigerung mit sich.
Die erfindungsgemäss im nachstehenden beschriebene Anordnung ergibt eine wesentlich grössere
Konstanz des Dampfdruckes über den ganzen Belastungsbereich des Entladungsgefässes. In Fig. 18 ist das leer laufende Entladungsgefäss schematisch dargestellt. Für die Erwärmung des im Gefäss des Rohres liegenden Quecksilbertropfens ist die durch die Pfeile angedeutete Wärmestrahlung von der
Kathodenunterseite massgebend. In Fig. 19 ist für das Belastungsgefäss das Lichtbogengebiet durch Kreuzschraffierung angedeutet.
Wie ohne weiteres verständlich, wirkt ein beachtlicher Teil der durch dicke Pfeile angedeuteten Wärmeausstrahlung aus dem Entladungsgebiet ebenfalls in der Richtung des Gefässfusses und gibt damit eine Zusatzerwärmung des Quecksilbers.
Erfindungsgemäss werden durch die Anordnung einer Entladungsblende S eine oder mehrere parallele Kreisringblenden oder Kegelstumpfblenden oder Blenden von der Form eines geeigneten anderen Rotationskörpers die beiden Heizung liefernden Komponenten getrennt. Während die Ausstrahlung von der Kathodenunterseite zufolge ihrer Heizleistung durch die Entladungsblende praktisch nicht beeinflusst wird, tritt gleichzeitig eine sehr wirksame Abblendung der Strahlung aus dem Entladungsgebiet ein, so dass die unangenehme Nachheizung zum Grossteil vermieden wird.
Fig. 21 zeigt zwei Beispiele für die Detailausführung der Entladungsblende, links kegelförmig, recht eben.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Glühkathode mit indirekter Heizung, dadurch gekennzeichnet, dass sie normal zur Eintrittsrichtung der Entladung angenähert schachbrettartigen Aufbau zeigt, mit regelmässigem Wechsel zwischen Wabenlücken und vollem Metallquersehnitt, wobei die Summe der einzelnen Metallquersehnitte gleich oder wenigstens von gleicher Grössenordnung mit der Summe der Lückenquerschnitte ist.