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Glimmentladungsröhre - insbesondere Zählröhre
Die Erfindung betrifft Glimmentladungsröhren mit mehreren band- oder stabförmigen, in Reihe nebeneinander angeordneten Kathoden - insbesondere Zählröhren - bei welchen die Glimmentladung beim Anlegen und Wegnehmen von Impulsspannungen jeweils von einer Kathode auf die benachbarte überspringt und ferner zwei parallele Anoden derart angeordnet sind, dass die Glimmentladung bei Einschaltung der einen in einer Richtung der Reihe und bei Einschaltung der andern Anode in Gegenrichtung auf die jeweils benachbarte Kathode überspringt.
Es sind bereits Glimmentladungsröhren bekannt, die eine Sammel-Anode mit mehreren, nebeneinander befindlichen aktiven Kathodenstellen sowie zwei wahlweise einschaltbare Anoden aufweisen : als Sammel-Kathode kann eine Drahtspirale dienen, innerhalb und ausserhalb derselben sich die Anoden axial erstrecken können ; die meist an einem Ende der Drahtspirale entzündete Glimmentladung wird durch jeden, der Anodenspannung überlagerten Spannungsimpuls von jeder Spiralenwindung der SammelKathode schrittweise auf die benachbarte Spiralenwindung ausgedehnt, und durch Einschalten der einen oder andern Anode sowie mittels geeigneter Zündfortsätze kann dabei erreicht werden, dass bei Einschalten der einen Anode die Glimmentladung in der einen Längsrichtung der Sammel-Kathode und bei Einschalten der andern Anode in der andern Längsrichtung ausgedehnt wird.
Ferner sind Glimmentladungsröhren mit mehreren kalten, in gerader oder kreisförmiger Reihe hintereinander angeordneten Kathoden sowie einer allen diesen gemeinsamen Anode bekannt, bei denen sich die Anode in Richtung der Kathodenreihe in einem bestimmten Abstand von diesen erstreckt und jede der kalten Kathoden einen in gleicher Richtung der Reihe zur Nachbarkathode hinweisenden Zündfortsatz hat ; diese Kathoden sind stab-oder bandförmig ausgebildet und je mit einem abgewinkelten, als Zündfortsatz dienenden, von der Anode etwas wegweisenden Ende versehen. Beim Auftreten eines Spannungsimpulses wird nun die Glimmentladung in der durch die Zündfortsätze gegebenen Richtung der Kathodenreihe von einer Kathode auf die benachbarte nicht nur ausgedehnt, sondern weitergeschaltet, so dass stets nur eine der Kathoden mit dem Glimmlicht bedeckt ist.
Weiters wurde auch versucht, in einen gemeinsamen Glaskolben zwei solche Elektrodensysteme von Glimmentladungs-Zählröhren parallel und vorzugsweise konzentrisch zueinander mit räumlich voneinander getrennten Entladungsstrecken einzubauen, wobei die mittleren Abstände zwischen den Kathoden des einen Systems und seiner Anode demgemäss hinreichend klein sind gegenüber dem Abstand der Anoden beider Systeme voneinander.
Zur Erzielung einer wahlweise umkehrbaren Zählrichtung werden nun bei beiden Elektrodensystemen die Zündfortsätze der Kathoden je in einer der beiden Längsrichtungen angebracht und ferner jeweils benachbarte Kathoden beider Systeme an ihren von den Zündfortsätzen abgewendeten Enden innerhalb der Röhre miteinander durch ausserhalb beider Anoden verlaufende Querbügel verbunden, mittels derer die auf der Kathode des einen Systems brennende Glimmentladung über den betreffenden Bügel hinweg auf die Kathode des andern Bügels hinübergezogen werden soll, sobald die eine Anode ein-und die andere ausgeschaltet wird, um nachher die Entladung in entgegengesetzter Richtung fortschalten zu können ;
durch diese Querbügel werden die Kathoden jedoch verhältnismässig umfangreich und dürfen
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dabei jedoch nur an der der jeweils eingeschalteten Anode benachbarten Stelle mit Glimmlicht bedeckt sein, sofern sich die angestrebte Wirkungsweise einstellen soll. Glimmentladungen, bei denen die vorhandene Kathodenoberfläche aber nur zu einem geringen Teil mit Glimmlicht bedeckt ist, neigen gerne zu Flackererscheinungen, die bei Zählröhren nicht nur die Zählgeschwindigkeit erheblich herabsetzen, sondern auch verhältnismässig kritische Entladungsbedingungen und sehr konstante Speisespannungen verlangen.
Bei den bisher bekannten Glimmentladungs-Zählröhren mit umkehrbare Zählrichtung haben somit nicht nur die Elektroden einen verhältnismässig komplizierten Aufbau, sondern es ergeben sich noch weitere erhebliche Mängel, welche die Anwendbarkeit dieser Zählröhren erheblich beeinträchtigen.
Nach der Erfindung werden nun bei Glimmentladungsröhren mit mehreren band-oder stabförmigen, in Reihe nebeneinander angeordneten Kathoden - insbesondere bei Zählröhren - der eingangs beschriebenen Art die oben erwähnten Nachteile der bekannten Ausführungsformen dadurch behoben, dass zwischen beiden Anoden die Kathoden je gleichartig derart schräg orientiert sind, dass ihre einen Enden der einen Anode und die andern Enden der andern Anode benachbart sind.
Bei Glimmentladungsröhren mit aus Draht hergestellten Elektroden erstrecken sich erfindungsgemäss die Kathoden in der durch beide parallelen Anoden bestimmten ebenen oder zylindrischen Fläche.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele erfindungsgemässer Glimmentladungsröhren dargestellt. Es zeigen : Fig. 1 eine Röhre mit geradlinig ausgerichteten kalten Kathoden im Schaubild einschliesslich der elektrischen Verbindungen mit Spannungsgeber und Impulsgeber sowie der Umsehalt- richtung zum wahlweisen Einschalten beider Anoden ; Fig. 2 eine andere Ausführungsform einer Glimmentladungsröhre mit zwei ringförmigen Anoden und dazwischen gleichfalls entlang eines Kreises angeordneten kalten Kathoden.
Bei der Glimmentladungs-Zählröhre nach Fig. 1 befinden sich innerhalb des Glaskolbens 3 zwei langgestreckte aus Draht hergestellte Anoden 4 und 5, die zueinander parallel verlaufen. Im Raum zwischen diesen beiden Anoden 4,5 sind eine grössere Anzahl ebenfalls drahtförmige Kathoden 6 - 13 angeordnet, die vorzugsweise in der durch die Anoden 4,5 gegebenen Ebene liegen und sich alle in gleichem Sinne schräg zur Längsrichtung der Reihe erstrecken. Die Kathoden 6 - 13 sind in an sich bekannter Weise in zwei Gruppen aufgeteilt, u. zw. sind alle geradzahligen Kathoden ausserhalb der Röhre miteinander verbunden und an den negativen Pol einer Spannungsquelle, wie z. B. einer Batterie 14 oder eines Netzanschlussgerätes, gelegt.
Falls auf elektrischem Wege festgestellt werden soll, auf welcher der geradzahligen Kathoden jeweils die Glimmentladung brennt, kann man in jede Kathodenzuleitung der geradzahligen Kathoden noch ein Anzeigeelement, wie etwa einen kleinen ohmschen Widerstand od. dgl., einschalten. Solche Anzeigeelemente sind in Fig. l aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht näher veranschaulicht. Alle ungeradzahligen Kathoden sind ebenfalls miteinander und mit dem einen Anschluss einer Impulsquelle 15 verbunden, deren anderer Anschluss an einen Abgriff der Gleichspannungsquelle 14 angeschlossen ist. Die Impulsquelle 15 soll elektrische Spannungsimpulse liefern können, welche die ungeradzahligen Kathoden vorübergehend negativ gegenüber den geradzahligen Kathoden machen.
Jede der beiden Anoden 4 und 5 ist schliesslich über einen ohmschen Strombegrenzungs-Widerstand 17 bzw. 18 und einen Schalter 19 bzw. 20 mit dem positiven Pol der Gleichspannungsquelle 14 verbunden.
Die Anoden 4,5 und auch die Kathoden 6-13 bestehen zweckmässig aus Molybdändraht und als Gasfüllung des Glaskolbens 3 kann ein Gasgemisch unter einem Druck von etwa 50 mm Quecksilbersäule Verwendung finden.
Es sei nun angenommen, dass beispielsweise zwischen der Kathode 10 und der Anode 4 eine Glimmentladung brennt, deren Glimmlicht die ganze Oberfläche der Kathode 10 bedeckt. Das rechts befindliche Ende der benachbarten Kathode 9 wird dann in den Entladungsraum dieser Glimmentladung eintauchen.
Umgekehrt befindet sich das linke Ende der andern benachbarten Kathode 11 völlig ausserhalb des Entladungsraumes der zwischen der Kathode 10 und der Anode 4 brennenden Glimmentladung. Liefert nun die Impulsquelle 15 einen negativen Spannungsstoss, so werden die ungeradzahligen Kathoden negativer als die geradzahligen Kathoden und die Glimmentladung wird demnach von der Kathode 10 auf die Kathode 9 überspringen, da die letztere sich bereits im Entladungsraum befunden hat. Sobald der Spannungsstoss verschwindet, sind die geradzahligen Kathoden wieder negativer als die ungeradzahligen Kathoden. Aus den bereits erwähnten Gründen wird somit die Glimmentladung weiterhin von der Kathode 9 auf die Kathode 8 überspringen und auf dieser verbleiben, bis ein weiterer Spannungsimpuls eintrifft.
Beim nächsten negativen Spannungsimpuls wird die Glimmentladung in analoger Weise von der Kathode 8 über die Kathode 7 auf die Kathode 6 fortgeschaltet, so dass jeder von der Impulsquelle 15 gelieferte Spannungsimpuls ein Fortschalten der Glimmentladung von einer geradzahligen Kathode auf die nächst tiefere geradzahlige Kathode zur Folge hat, sofern die Anode 4 eingeschaltet ist.
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Die ursprünglich zwischen der Kathode 10 und der Anode 4 brennende Glimmentladung kann leicht auf die Anode 5 übergeführt werden. Zu diesem Zweck wird zuerst der Schalter 20 ebenfalls geschlossen und darauf der Schalter 19 geöffnet. Da beim Schliessen des Schalters 20 die Kathode 10 bereits mit Glimmlicht völlig bedeckt ist, wird die Anode 5 sofort einen Teil-bei gleichen Widerständen 17 und 18 etwa die Hälfte - und nach erfolgtem Abschalten der Anode 4 den ganzen Entladungsstrom übernehmen, ohne dass Wanderungen des Glimmlichtes oder Neuzündungen an der Kathode 10 erforderlich wären. Damit besteht aber die Gewähr, dass beim Übergang von der einen Anode 4 auf die andere Anode 5 die Entladung auf der Kathode 10 verbleibt und nicht etwa zwischen einer der andern Kathoden und der Anode 5 neu gezündet wird.
Gibt nunmehr die Impulsquelle 15 einen negativen Spannungsstoss ab, so wird ersichtlich die Glimmentladung von der Kathode 10 über die Kathode 11 auf die Kathode 12 fortgeschaltet und die Zählrichtung demnach umgekehrt. Man kann somit Spannungsimpulse in der einen Richtung der Kathodenreihe zählen und von der zuletzt brennenden geradzahligen Kathode an lediglich durch Wechsel der Anode wieder zurückzählen, so dass sich unter anderem Additionen und Subtraktionen fortlaufend ausführen lassen. Da, wie bereits erwähnt, sowohl beim Fortschalten der Glimmentladung in der einen oder andern Zählrichtung als auch beim Wechseln der Zählrichtung durch Umschalten der Anoden die gerade brennende Glimmentladung die betreffende Kathode stets völlig mit Glimmlicht bedeckt, ergibt sich eine hohe Betriebssicherheit bei sehr unkritischen Entladungsbedingungen.
Infolge der Abwesenheit jeglicher Flackererscheinungen, die sich vorwiegend bei nur teilweise mit Glimmlicht bedeckten Kathoden einstellen, lässt sich auch eine grössere Zählgeschwindigkeit erreichen. Ausserdem ist der ganze Aufbau der beschriebenen Glimmentladungs-Zählröhre äusserst einfach und übersichtlich, da die langgestreckten stabförmigen Kathoden, die in der Regel in grösserer Anzahl vorhanden sind, keinerlei Zündfortsätze aufzuweisen brauchen, wie dies bei den bekannten Glimmentladungs-Zählröhren mit umkehrbarer Zählrichtung der Fall ist.
Die Anzahl der kalten Kathoden kann an sich beliebig gross sein ; für ein dekadisches Zählrohr wird man zwanzig kalte Kathoden benötigen, die innerhalb oder ausserhalb der Röhre nach Fig. 1 gruppenweise verbunden werden. Für fortlaufende Zählung kann die Reihe der kalten Kathoden kreisförmig in sich zurückgeführt werden, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Die beiden Anoden 4 und 5 sind ringförmig gebogene Draht- oder Blechstücke, die zueinander konzentrisch angeordnet werden. Zwischen diesen Ring-Anoden 4 und 5 ist eine gerade Anzahl von kalten Kathoden 6,7, 8, 9.... eingefügt, wobei jede dieser Kathoden aus einem schräg zur radialen Richtung orientierten Draht-oder Bandstück bestehen kann. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in der Fig. 2 die Elektrodenstützen für die Anoden und Kathoden nicht näher veranschaulicht.
Wird die Anode 4 eingeschaltet, so verläuft die Zählrichtung im Uhrzeigersinn, bei Einschaltung der Anode 5 hingegen im Gegenuhrzeigersinn. An Stelle von konzentrischen Ring-Anoden können auch gleichachsig angeordnete kreisringförmige Anoden verwendet werden, zwischen welchen schräg zur Umfangsrichtung verlaufende, gestreckte Kathoden sich vorzugsweise in der durch die beiden Anoden bestimmten Zylinderoberfläche erstrecken. Auch bei kreisringförmig geschlossener Reihe der kalten Kathoden ergibt sich somit ein äusserst einfacher Aufbau des ganzen Elektrodensystems der Glimmentladungs-Zählröhre.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Glimmentladungsröhre mit mehreren band- oder stabförmigen, in Reihe nebeneinander angeordneten Kathoden - insbesondere Zäh ! röhre - bei welcher die Glimmentladung beim Anlegen und Wegnehmen von Impulsspannungen jeweils von einer Kathode auf die benachbarte überspringt und ferner zwei parallele Anoden derart angeordnet sind, dass die Glimmentladung bei Einschaltung der einen in einer Richtung der Reihe und bei Einschaltung der andern Anode in Gegenrichtung auf die jeweils benachbarte Kathode überspringt, - dadurch gekennzeichnet, dass zwischen beiden Anoden (4 und 5) die Kathoden (6-13) je gleichartig derart schräg orientiert sind, dass ihre einen Enden der einen Anode (4) und die andern Enden der andern Anode (5) benachbart sind.