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Elektrische Entladungsrohre mit direkt beheizter Kathode.
Gegenstand der Erfindung ist eine elektrische Entladungsröhre, insbesondere eine Elektronenröhre mit direkt beheizter Kathode, bei welcher durch Verbesserung der bisher bekannten Federungen solcher Kathoden eine Verbesserung der elektrischen und mechanischen Eigenschaften der Röhre angestrebt wird.
Bei Entladungsröhren, deren Kathode direkt beheizt wird und in der Regel aus mit emittierender Schicht überzogenem Nickel-oder Wolframdraht gebildet ist, wird die Kathode, wie bekannt, deshalb gefedert, damit sie ihre mechanische Spannung und somit ihre relative Lage zu den andern Elektroden auch gelegentlich der Ausdehnung durch Wärme beibehalten kann. Die Federung hat also die Aufgabe, eine Berührung zwischen dem Kathodenfaden-auch in dessen warmem Zustand-und den übrigen ) Elektroden, z. B. dem die Kathode in geringem Abstand umgebenden Gitter, trotz den auf sie allenfalls einwirkenden Kräften, wie z. B. bei Schütteln, elektrostatischer Anziehung usw. zu verhindern ; hiebei darf aber die Kathode nicht zu sehr gespannt werden, weil sonst u. a. die Gefahr der Mikrophonie erhöht werden könnte.
Die gute Federung ist besonders bei solchen Röhren wichtig, deren Kathode aus einem einzigen zickzackförmig, z. B. in V-oder W-Form, angeordneten Glühfaden oder aus , mehreren, durch im wesentlichen parallel zueinander angeordnete Glühfäden gebildeten Abschnitten besteht, welche im wesentlichen in einer Ebene angeordnet sind.
Bei den derzeit am häufigsten gebrauchten Federanordnungen bestehen die Federn aus mehreren an ihrem einen Ende festgeklemmten Metalldrähten oder Metallbändern. Diese Anordnung ist in Fig. 1 der Zeichnung schematisch dargestellt. Der Kathodenfaden 3 ist innerhalb des in der kastenförmigen Anode 1 untergebrachten Gitters 2 angeordnet und an seinen oberen Biegungsstellen in die Haken 5 b der Feder 5 eingehängt. Diese Federn bestehen aus dünnem Metalldraht oder Metallblech und sind mit ihren ebenfalls nach unten gebogenen Enden 5 a an die oberen Enden der Halterdrähte 4 angeschweisst. Diese Anordnung ist weder im Hinblick auf Fabrikations-noch auf Betriebsbedingungen vollkommen befriedigend, weil sie im Verhältnis zur Kathodenebene asymetrisch ist und somit zur geometrisch ungenauen Montierung neigt und einer sehr sorgfältigen nachträglichen Justierung bedarf.
Ferner erfolgt die Schweissung in der Nähe des gefährlichen Federquerschnittes und bereitet auch die Sicherung der gleichen Kraftleistung der einzelnen Federn, d. h. die Sicherung derselben Spannung in den einzelnen Kathodenabschnitten Schwierigkeiten. Aus all diesen Gründen weisen Röhren mit in dieser Weise gefederten Kathoden verhältnismässig sehr grosse elektrische Streuung auf, d. h. zeigen ihre elektrischen Daten, z. B. die Steilheit usw., grosse Abweichungen und neigen häufig zu Mikrophone, zum Federbrueh usw. Bei solchen Röhren, bei denen die einzelnen Elektroden des Elektrodensystems an ihren oberen Enden mit isolierenden Querhaltern verbunden waren, wurde bereits die Anwendung von Spiralfedern in Vorschlag gebracht.
Diese hatten den Nachteil, dass sie ziemlich teuer waren, weil besondere Halter und Federn angewendet werden mussten ; ausserdem erforderten sie eine umständliche Montage und vergrösserten auch ziemlich stark die Konstruktionslänge des Elektrodensystems. Es sind auch Anordnungen mit gebogenen Flachfedern bekannt, die mit ihren Enden mittels Nieten angenietet sind. Solche Anordnungen weisen den Übelstand auf, dass, wenn die Feder in der Mitte durch die Kathode belastet wird, ein statisch unbestimmtes System entsteht, u, zw. infolge der ortsfesten Befestigung der Federenden.
Die erfindungsgemässe Federanordnung ist von all diesen Nachteilen frei ; ihr Wesen liegt darin, dass die Feder aus Metalldraht oder Metallblech besteht, welche einen zur Kathodenebene symmetrisch
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und quer zu dieser angeordneten an zwei Enden gestützten Halter bilden. Der Kathodenfaden kann zwischen den Stützpunkte der Feder, zweckmässig In deren Mitte, unmittelbar oder unter Zwischen- schaltung einer Isolierschicht oder eines Vermittlungsstückes, mittels eines aus der Feder selbst gebildeten Hakens befestigt werden, wobei beide Enden der Feder nachgiebig gestützt sind, u. zw. zweckmässig dadurch, dass die abgebogenen Enden der Feder in die Öffnungen des distanzierenden
Isolierhalters, z. B. einer Glimmerplatte, eingreifen. Hiedurch wird ein statisch bestimmtes System erhalten.
Im Falle von zickzackförmigen Kathodenfäden kann man mehrere solche Federn anwenden, welche in der Regel parallel zueinander angeordnet werden.
Wird die Feder nicht aus Metallblech, sondern aus Draht verfertigt, was oft vorteilhaft ist, so muss dafür Sorge getragen werden, dass sie nicht zur Seite kippt. Dies kann dadurch bewerkstelligt werden, dass man ihre gebogenen Enden flach presst oder dieselben zu Ösen umbiegt. Die Feder ist demnach erfindungsgemäss im wesentlichen ein doppelt gestützter und in einem, zwischen den beiden
Stützpunkten befindlichen Punkte belasteter, symmetrisch zur Kathodenebene und quer zu dieser liegender Halter, welcher aus beliebigen, z. B. zu ähnlichen Zwecken bereits verwendeten Materialien, wie aus Molybdän, Nickel, Wolfram oder aus hitzebeständigem Spezialstahl, erzeugt werden kann.
In den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand durch Ausführungsbeispiele schematisch veranschaulicht. Fig. 2 ist die Seitenansicht des Elektrodensystems einer Röhre gemäss der Erfindung mit unbelasteten Federn. Fig. 3 ist dieselbe Seitenansicht mit belasteten Federn, Fig. 4 eine der Fig. 2 entsprechende Vorderansicht, Fig. 5 die den Fig. 3 und 4 entsprechende Draufsicht, Fig. 6 die Drauf- sicht der den Isolierquerhalter bildenden Glimmerscheibe, Fig. 7 die schaubildliche Darstellung einer Plattenfeder, Fig. 8 die gleiche Darstellung einer Drahtfeder mit flachgepressten Enden und Fig. 9 die einer Drahtfeder mit zurüokgebogenen Enden.
Die in den Zeichnungen beispielsweise dargestellte Röhre besitzt drei Gitter und eine zickzack- förmig ausgespannte, in einer Ebene liegende und aus sechs Abschnitten bestehende, direkt beheizte
Kathode. Am oberen Ende des Elektrodensystems befindet sich die in Fig. 6 für. sich dargestellte, als isolierender Distanzhalter dienende Glimmerseheibe. Da die Kathode aus sechs Abschnitten besteht, besitzt das Elektrodensystem drei obere Federn, welche gleich geformt, bemessen und ausgeführt sind und in den Fig. 2-5 und 7 mit A bezeichnet sind.
Die abgebogenen Enden J-i und A2 dieser Federn (Fig. 7), welche bei belasteter Feder im grossen und ganzen parallel mit der Kathodenebene angeordnet sind, liegen in den entsprechenden Öffnungen 11 bzw. 12 der Glimmerscheibe 10 ; die in ihrer Mitte ausgebildeten Haken Aa (Fig. 7) greifen in die Öffnungen 13 der Glimmerscheibe ein. Aus Fig. 2 ist 'ersichtlich, dass die Schenkel der Feder bei unbelasteter oder stark geheizter Kathode miteinander einen stumpfen Winkel bilden, bei belasteter oder kalter Kathode (Fig. 3) kann dieser Winkel auch grösser, allenfalls 180 sein, d. h. dass beide Schenkel der Feder in eine Gerade fallen können.
Die
Röhre an sich, d. h. ihr mit anderer Federung versehenes, bereits bekanntes Elektrodensystem, welches nicht zum Wesen der Erfindung gehört und demnach ein beliebiges sein kann, braucht hier nicht aus- führlicher beschrieben zu werden ; es sei nur noch bemerkt, dass die Kathode K z. B. aus vier Abschnitten bestehen kann, wobei bloss zwei Federn benötigt werden usw. Falls es wünschenswert erscheint, können die Hakenteil der Federn auch mit Isoliermaterial überzogen oder in diese aus Isoliermaterial bestehende Zwischenstücke in Hakenform eingehängt werden, in welche der Kathodenfaden eingehängt wird. Es kann z.
B. zweckmässig sein, wenn nur der Haken oder auch die ganze Feder an ihrer Ober- fläche oxydiert, gegebenenfalls aufgerauht wird, weil sie so durch Wärmeleitung von der Kathode weniger Wärme aufnimmt, dagegen mehr Wärme ausstrahlt, so dass ihre Betriebstemperatur niedriger und die Heizenergie der Kathode geringer wird. Diese Federung kann auch bei aus einem einzigen
Faden bestehenden Kathoden angewendet werden, und es kann die Feder in diesem Falle zweckmässig auch als Heizstromzuleitimg verwendet werden.
Die in Fig. 8 dargestellte Feder B ist aus einem Draht mit rundem Querschnitt verfertigt, doch sind ihre Enden jssi und B2 flach gepresst, damit sie sich in die Öffnungen 11 und 12 der Glimmerscheibe einfügen und hiedurch ein Kippen der Feder parallel zur Scheibenebene und ihrer Längsachse ver- hindern. Der Haken Bg von kreisförmigem Querschnitt leitet aus dem Kathodenfaden weniger Wärme ab als die flache Feder, und es kann die Wärmeabgabe in diesem Falle durch die auf den Haken auf- getragene Isolierschicht nicht noch weiter verringert werden. Man verhindert das Kippen und erzielt zugleich eine gute Wärmeleitung bei der Feder C in Fig. 9 durch haarnadelartig gebogene Ösen an den Enden der Drahtfeder.
In Fig. 6 sind die Öffnungen 11 und 12 der Glimmerplatte 10 länglich, damit bei der Formänderung der Feder bzw. ihrer Längenänderungen relativ zur Scheibe sich die
Federenden in den Öffnungen verschieben können. Es ist sehr vorteilhaft, die Federlängen und die
Entfernung zwischen den Öffnungen 11 und 12 so zu bemessen, dass bei der grössten Spannung der
Feder, wenn ihre Schenkel auf der Scheibe 10 aufliegen (Fig. 3), ihre auf die Schenkel nahezu senk- rechten Enden an jene Wände der Öffnungen 11 und 12 anzuliegen kommen, welche parallel mit der Kathodenebene und von dieser entfernter liegen.
Bei solcher Anordnung und Bemessung können allfällige Ungenauigkeiten dadurch, dass die Anordnung zur Kathodenebene symmetrisch ist, vermittels der Elastizität des hakenartigen Federteiles Ag selbst oder mit Hilfe der Elastizität der abgebogenen
Enden Al und A2 - ausgeglichen werden, und die Anordnung sichert ohne eine nachträgliche Justierung
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beim Montieren, dass die Kathodenebene in die Symmetrieebene des Gitters fällt. Die Bedingung hiefür, wie auch für die Gleichwertigkeit der Federkräfte ist die genaue Ausführung bzw. Lochung der Scheibe 10 allein, sowie auch, dass die einzelnen Federn in ihrer Form und ihren Abmessungen genau und zur Kathodenebene symmetrisch und weiters untereinander vollkommen gleich sein sollen, was durch die modernen Fabrikationsverfahren ohne Schwierigkeiten erzielt werden kann.
Ein bedeu- tender Vorteil ist ferner, dass bei Kathoden aus mehreren Gliedern sich die einzelnen Federn auf ein und dasselbe Isolierorgan stützen, wodurch sich eine besondere Isolierung erübrigt und ihre relativ genaue Lage gesichert wird. Zufolge all dieser Vorteile ist die erfindungsgemässe Röhre besser und billiger als die bisherigen und bedeutet sowohl in technischer wie auch in wirtschaftlicher Hinsicht einen Fortschritt. Es soll jedoch bemerkt werden, dass z. B. aus vier Gliedern bestehende Kathoden auch mit einer einzigen Feder gut gespannt werden können, falls in deren Haken die Mitte eines zwei- armigen Hebels eingehängt ist und auf den beiden, voneinander isolierten Hebelenden die beiden Wende- punkte des Kathodenfadens aufliegen, wobei dieser zwischengeschaltete Hebel die gleichmässige
Spannung der einzelnen Glieder sichert.
Diese Anordnung ist auch dann vorteilhaft, wenn man die-
Feder vor der Wärmewirkung der Kathode besonders gut schützen will, z. B. im Falle von Wolfram- kathoden, welche mit keiner emittierenden Schicht überzogen sind und sehr hohe Betriebstemperaturen besitzen.
Es soll noch betont werden, dass sich die Erfindung nicht auf die obigen Beispiele beschränkt, da sich die Federung je nach der Anordnung des Elektrodensystems mannigfaltig abändern lässt, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen mit ihren Vorteilen, die vor allem darin gelegen sind, dass die erfindungsgemässe Röhre billig ist, genau und leicht montiert werden kann und keine Gefahr von
Federbrüchen und keine Notwendigkeit zu Schweissen usw. besteht.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrische Entladungsröhre, insbesondere Elektronenröhre, mit direkt beheizter gefederter
Kathode, bei welcher die Elektroden mindestens auf einer Seite durch ein isolierendes Abstandstüek (z. B. eine Glimmerplatte) distanziert werden, dadurch gekennzeichnet, dass zum Spannen der Kathode ein oder mehrere an ihren beiden Enden in dem Abstandstück nachgiebig gestützte, zweckmässig an den Enden in dem Abstandstück geführte federnde Träger dienen, die zur Kathodenebene quer und symmetrisch angeordnet sind, und auf welche sich die Kathode in einem zwischen den beiden Stütz- punkten ligenden Punkt stützt.