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Die Erfindung bezieht sich auf eine Ionenrelaisröhre mit einer Glühkathode und einem die aktivierte Kathodenoberfläche vollkommen vom äusseren Entladungsraum und der Anode trennenden und zur Löschung der Entladung bei positiven Anodenspannungswerten verwendbaren Steuergitter.
Es ist an sich bekannt, die Gitter einer solchen Röhre derart zu bemessen und den Gas-bzw.
Dampfdruck in dem Entladungsgefäss derart zu wählen, dass es möglich ist, die Entladung zu löschen, ohne dabei die Anodenspannung auf einen kleinen Wert oder ganz auf Null herabsetzen zu müssen.
Diese Wirkung ist im allgemeinen eine Funktion der angelegten Anodenspannung und des vor dem Löschen fliessenden Anodenstromes. Es handelt sich nämlich darum, die an einander gegenüberliegenden
Teile des negativ aufgeladenen Steuergitters auftretenden positiven Ionenhüllen so dick zu machen, dass diese einander berühren und den Elektronen der Entladung den Weg durch die betreffende Gitter- öffnung versperren. Es hört dann an dieser Stelle der Stromübergang vollständig auf.
Es ist dadurch nur bei sehr geringen Stromstärken und mit von der freien Weglänge der Gasoder Dampffiillung abhängigen Querdimensionen des Gitters möglich, eine Löschung zu erzielen.
Anderseits wird die Dicke der positiven Ionenschicht durch den lonisationsgrad des in den Gitter- öffnungen befindlichen Plasmas bestimmt, u. zw. derart, dass die positive Ionenhülle bei hoher Konzentration der Entladung in der Gitteröffnung dünner wird. Es hat dies dann zur Folge, dass die Lösehungsmöglichkeit nur bei kleinen Stromdichten vorhanden ist.
Diese Schwierigkeit tritt besonders stark in Erscheinung, wenn sich die Entladung auf eine einzige Gitteröffnung konzentriert, so dass die übrigen Öffnungen unwirksam sind.
Es ist ebenfalls bekannt, ein Löschgitter unmittelbar vor der Anode so anzuordnen, dass die Entladung zwischen Anode und Kathode nur durch das Gitter hindurch stattfinden kann und dass in Anbetracht des kurzen Gitter-Anodenabstandes die durch die Gitteröffnungen der Anode zustrebenden Elektronen keine Gelegenheit mehr finden, ionisierende Zusammenstösse auszuführen.
Derartige Lösehgitter sind jedoch bezüglich ihrer Ausdehnung in der Richtung des Entladungsweges an bestimmte Mindestmasse gebunden, da die Elektronen vor dem Löschgitter aus allen Richtungen herkommen, so dass nur durch längere Gitterkanäle der Durchgang der Elektronen genügend herabgesetzt werden kann, um eine Löschung zu bewirken.
Es ist das Ziel der Erfindung, das Löschen bei grösseren Stromdichten zu ermöglichen und den Vorgang zuverlässiger zu gestalten, ohne dabei die konstruktiven Nachteile des anodennahen Gitters in Kauf zu nehmen. Zu diesem Zwecke wird das Gitter in an sich bekannter Weise in der unmittelbaren Nähe der Glühkathode angeordnet, u. zw. derart, dass die Weite der Gitteröffnungen höchstens 0-4 mm beträgt und dass der gegenseitige Abstand von Gitter und Kathode grösser ist als die grösste Dicke des bei Nichtvorhandensein des Gitters und der vorschriftsmässigen Anodenspannung der Röhre auftretenden Kathodendunkelraumes, jedoch klein genug ist, um diesen Dunkelraum derart auszudehnen, dass er den Innenraum des Gitters vollkommen ausfüllt.
Es wird hiebei von der Überlegung ausgegangen, dass bei einer liehtbogenartigen Entladung in einer Gas-oder Dampffüllung von verhältnismässig niedrigem Druck (z. B. von einigen Mikron bis zu einigen Millimetern Quecksilbersäule) und Verwendung einer Glühkathode sieh in der unmittelbaren Nähe der letzteren ein Kathodendunkelraum von verhältnismässig geringer Dicke befindet, in dem praktisch der ganze Spannungsverlust der Entladung aufgenommen wird. Die Dicke dieses
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Dunkelraumes in Zentimetern (d) wird annähernd durch nachfolgende Formel bestimmt, in der i die Entladungsstromdichte an der Kathodenoberfläche und Va der Kathodenfall ist.
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Diese Formel gilt nur für Werte von weniger als 10 mm Hg-Säule, wobei Druckänderungen entsprechende Änderungen des Spannungsverlustes Va bedingen, und vernachlässigt den Einfluss der Kathodenkrummung. Letzteres ist zulässig, sofern die Dicke der Dunkelraumsehicht im Verhältnis zum Krümmungshalbmesser der Kathodenoberfläche sehr klein ist, was in den praktisch vorkommenden Fällen durchwegs zutrifft.
Aus obiger Formel lässt sieh für die maximale Dicke des normalerweise vorhandenen Kathodendunkelraumes, d. h. für den Fall, dass sich keine andern Elektroden in der unmittelbaren Nähe der Kathode befinden, die nachfolgende einfache Formel herleiten, wenn man als höchst zu erwartenden Wert für Va = 17 Volt einsetzt :
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Es hat sich nun bei den der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Versuchen herausgestellt, dass sich dieser Kathodendunkelraum bis an das die Kathode von der Anode trennende Gitter erstrecken und den zwischengelegenen Raum vollkommen ausfüllen muss, wenn es möglich sein soll, die Entladung mittels dieses Gitters zu löschen.
Dabei verursachte die geringe Dicke des Kathodendunkelraumes erhebliche Schwierigkeiten für die Herstellung der Röhren, da bei den geringen Gitterkathodenabständen eine unzulässige Erhitzung des Gitters meist schwer zu vermeiden war, während es ebenfalls schwer ging, eine gegenseitig gut isolierte Anordnung zu erzielen und aufrechtzuerhalten.
Überraschenderweise zeigte sich jedoch, dass sich eine günstige Funktion des Gitters ebenfalls erzielen lässt, wenn das Steuergitter ausserhalb des Bereiches des normalerweise vorhandenen Dunkelraumes angeordnet wird. Es zeigt sich dabei, dass der Kathodendunkelraum durch den Einfluss einer nahegelegenen Elektrode innerhalb gewisser Grenzen über seine normale Dicke hinaus an diese Elektrode herangezogen werden kann, d. h. bis auf eine erheblich grössere Entfernung von der Kathoden- oberfläche.
Wenn das Gitter im Sinne der obigen Betrachtungen nach der erfindungsgemässen Vorschrift ausgeführt wird, ist es möglich, ein"untiefes"Gitter zu verwenden, weil die Elektronen die Kathode senkrecht zu deren Oberfläche verlassen und, also im Gegensatz zu den in der Nähe der Anode vorliegenden Verhältnissen, eindeutig gerichtete Geschwindigkeiten aufweisen, so dass es nicht erforderlich ist, lange Gitterkanäle zu verwenden. Auf diese Weise erhält man, z. B. unter Verwendung von Drahtgeflecht, einen leichten und einfachen Gitteraufbau.
Dadurch, dass das Gitter erfindungsgemäss weiter von der Kathode entfernt sein kann als die ursprüngliche Dicke des Kathodendunkelraumes, wird die Gitteranordnung konstruktiv vereinfacht, da sich Entfernungen ergeben, bei denen schon weniger G.-fahr für Ktirzsehliisse zwischen Gitter und Kathode besteht.
Obiges Ergebnis lässt sich zweckmässig dadurch erzielen, dass man eine Gas-oder Dampffüllung verwendet, deren betriebsmässiger Druck bei Verwendung von Argon höchstens 0,7 mm beträgt und dass er bei Füllung mit andern Edelgasen, Dämpfen oder einem Gemisch von beiden soviel grösser oder kleiner ist, dass sieh eine gleiche freie Weglänge der Atome ergibt.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung der erfindungsgemässen Elektrodenanordnung lässt sich erzielen, wenn man einen Gitterkathodenabstand von 2 bis 4 mm wählt. Gemäss der im vorhergehenden gegebenen einfachen Formel für d erhält man für die Dicke des Kathodendunkelraumes als Funktion der Entladungsstromdichte i an der Kathode :
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<tb>
<tb> i <SEP> = <SEP> 2 <SEP> Amp/em................ <SEP> = <SEP> 0,012 <SEP> cm
<tb> = <SEP> l <SEP> Amp/em................ <SEP> < <SEP> = <SEP> 0,017 <SEP> em
<tb> i <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> Amp/em2................ <SEP> d <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 039 <SEP> tm
<tb> i <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> Amp/em2................d <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 055 <SEP> cm
<tb> i <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 05 <SEP> Amp/c................ <SEP> d <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 075 <SEP> cm
<tb>
Aus diesen Werten geht hervor, dass die Dicke der normalen Dunkelraumschicht den Wert von 1 mm auch bei den niedrigsten Flächenbelastungen der Kathode nicht erreicht, so dass sich erfindungsgemäss im Gitter-Kathodenabstand ein erheblicher Gewinn erzielen lässt.
Durch diese Vergrösserung des Abstandes werden die bereits geschilderten Nachteile, wie Überhitzung des Gitters und Isolationssehwierigkeiten, vermieden. Dennoch bleibt es jetzt möglich, den Raum zwischen Gitter und Kathode vollständig durch den Kathodendunkelraum auszufüllen. Eine Konzentration der Entladung auf einen Teil der Gitter bzw. Kathodenfläehe, welche bei der bisher gebräuchlichen Bauart möglich ist und die Löschung ungünstig beeinflussen würde, kann jetzt nicht mehr auftreten, so dass es innerhalb gewisser Grenzen unabhängig von Anodenspannung oder Anodenstrom möglich ist, die Entladung zu löschen,
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Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispieles 'näher erläutert.
In der Figur ist die Bauart einer Röhre dargestellt, in welcher der Entladungsstrom gemäss der Erfindung gelöscht werden kann, ohne dass dabei die Anodenspannung auf einen kleinen Wert oder ganz auf Null herabgesetzt werden muss, sofern die inneren Abmessungen und der Druck der ionisierbaren Füllung den erfindungsgemässen Anforderungen entsprechen, wofür im nachfolgenden beispielsweise Werte und die bei diesen erzielten Messresultate gegeben werden.
Die abgebildete Gleichrichterröhre besteht aus einem Glaskörper 1, in dem eine indirekt heizbare Kathode 2 mit Heizkörper 3, ein von der Kathode isoliert angeordnetes, von Isolierringen 7 getragenes Gitter 4 und zwei Anoden 5 auf einem Quetschfuss 6 angeordnet sind. Der Aufbau der Kathode 2, des Gitters 4 und der Isolierringe 7 ist ein derartiger, dass sich an keiner einzigen Stelle des zwischen Kathode und Gitter befindlichen Teiles des Entladungsraumes Gitterkathodenabstände ergeben, welche über die gemäss der Erfindung zulässigen Werte hinausgehen. Wenn nämlich auch nur an einer einzigen Stelle eine soviel grössere Entfernung vorhanden wäre, dass sich der Kathodendunkelraum von dem Gitter loslösen würde, wäre es nicht mehr möglich, eine sichere Löschwirkung unter allen Umständen zu gewährleisten.
Die Anoden 5 können elektrisch miteinander verbunden sein.
Die Kathode hatte eine wirksame Länge von 23 MMK und einen Durchmesser von 4 mm, d. Ii. eine wirksame Oberfläche von 2, 9 cm2.
Es wurden Gleichrichterröhren nach obigen Daten hergestellt, bei denen der gegenseitige Abstand der Kathode 2 und des Gitters 4 4, 0,1, 5 oder 0, 35 mm betrug, während diese Röhren mit Argon mit einem Druck von 0, 5 bzw. 0,3 oder 0,1 mm Hg-Säule gefüllt wurden. Das Gitter war aus Metalldrahtgeflecht mit einer Masehenweite von 230 sowie von 500 Mikron angefertigt, um den Einfluss der Maschenweite des Gitters feststellen zu können.
Es ergaben sich die nachfolgenden wichtigsten Resultate :
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<tb>
<tb> Gitter-Kathodenabstand <SEP> noch <SEP> gut <SEP> lösehbarer <SEP> Strom
<tb> 4, <SEP> 0 <SEP> Mm <SEP> 100 <SEP> m. <SEP> l
<tb> 1, <SEP> 5 <SEP> mm <SEP> 200 <SEP> mA
<tb> 0, <SEP> 35 <SEP> Inm <SEP> 2500 <SEP> mA
<tb>
Bei der Röhre mit dem Gitterkathodenabstand von 1,5 mm wurde der höchste noch löschbare Strom in Abhängigkeit des Druckes bestimmt :
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<tb>
<tb> Argondruck <SEP> noch <SEP> gut <SEP> lösehbarer <SEP> Strom
<tb> 0,5 <SEP> mm <SEP> 100mA
<tb> 0,3 <SEP> mm <SEP> 200mA
<tb> 0,1 <SEP> mm <SEP> 1500mA
<tb>
Bei diesem Gitterkathodenabstand ergibt sich für den Einfluss der Masehenweite bei 0,1 mmArgon :
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<tb>
<tb> Maschenweite <SEP> noch <SEP> gut <SEP> löschbarer <SEP> Strom
<tb> 230 <SEP> Mikron <SEP> 1500 <SEP> mA
<tb> 500 <SEP> Mikron <SEP> 50mA
<tb>
Obige Versuche wurden mit einer Anodenspannung von etwa 100 Volt Gleichstromwert ausgeführt. Es genügte, das Gitter zur Löschung der Entladung an eine in bezug auf die Kathode um 1 bis 3 Volt negative Spannung oder an eine in bezug auf die Kathode 20 bis 50 Volt negativ aufgeladene Kondensatorbelegung zu legen. Der verwendete Kondensator hatte einen Wert von 2 F.
Auch bei einer direkt geheizten schraubenförmig gewendelten Kathode und einem Gitterkathodenabstand von etwa 0,9 mm, einem Gasdruck von 0,3 mm Argon und einer Maschenweite des Gitters von 230 Mikron war es noch möglich, Anodenströme von 500 mlÍ mit Sicherheit zu löschen.
Bei den Versuchen zeigte es sich, dass die Dicke des Kathodendunkelraumes, welche gemäss der bereits erwähnten einfachen Formel normalerweise höchstens 0,85 mm betragen kann, durch die Anwesenheit eines auf einem grösseren Abstand befindlichen Gitters derart beeinflusst wird, dass der Raum zwischen Gitter und Kathode auch noch bei Gitterkathodenabständen von 1,5 und 4, 0 mm von dem Dunkelraum ausgefüllt wird. Dieses war in voller Übereinstimmung mit der Tatsache, dass sich auch bei diesen Abständen eine Löschung der Entladung unter Beachtung der erfindungsgemässen Vorschriften einwandfrei erzielen liess.
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