Kathode<B>in</B> Entladungsgefässen mit Gas- oder Dampffüllung und lichtbogenähnlicher Entladung. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Ausbildung der Kathode von Gas- und Dampfentladungsröhren und wird beson ders vorteilhaft in vorzugsweise gitter gesteuerten Röhren mit Gas- oder Dampf füllung von niedrigem Druck angewandt.
Die letztgenannten Röhren bestehen im wesentlichen aus einem Dreielektrodengefäss, in das eine geringe Menge eines ionisierbaren Gases oder Dampfes eingeführt ist. Die Ge genwart des ionisierbaren Mediums gibt der Entladung eine lielitbogenähnliche Form mit einer flachen oder schwach negativen Span- nungsstromeharakteristik. Das Einsetzen des Lichtbogens in einer solchen Röhre kann elektrostatisch gesteuert werden durch ein Steuerorgan, zum Beispiel in Form eines Git ters, dem eine negative Ladung erteilt wird. Die Entladung setzt dann erst wieder aus, wenn die Anodenspannung entfernt wird.
Zu diesem Zweck wird als Anodenspannung üblicherweise eine Wechselspannung benutzt, die periodisch durch den Wert<B>0</B> geht. Solche Röhren können so als ein elektrostatisch ge steuerter Bogengleichrichter benutzt werden, bei dem die Ladung des Gitters den Punkt in jeder Periode des Wechselstromes bestimmt, in dem die Bogenentladung einsetzt, und auf diese Weige den Mittelwert des Anodenstro mes steuert. Die Leistungsfähigkeit solchpr Gefässe bezüglich der Grösse der gleichzurich tenden Ströme findet eine Grenze lediglich in der Möglichkeit einer genügenden Kühlung des Gefässes und einer genügenden Emission der Kathode. Der Aufwand an Steuerener gie beträgt dabei weniger als ein Mikrowatt.
Mit Rücksicht auf den lichtbogenähn- liehen Charakter des Entladungsstromes müs sen die verschiedenen Elemente der Röhre, insbesondere gebildet sein. die Die Kathode, geheizte besonders Kathode durch- unter- liegt normalerweise einem starken Bombarde,- inent durch positive Ionen, vor allem bei den grösseren Röhren,
so dass die Gefahr besteht, dass sich die Entladung an einzelnen Stellen festsetzt und dadurch die Kathode durch brennt.
Es ist deshalb notwendig, einen Heiz- faden von grossem Querschnitt und wider standsfähiger Bauart zu verwenden. Da über dies der Anodenstrom, der notwendigerweise auch durch einzelne Teile des<B>*</B> Heizfadens fliesst, sehr gross ist, ergibt sieh das weitere Problem, eine Zuführung für den Heizfaden zu schaffen, die einerseits völlig luftdicht in den Fuss der Röhre eingesehmolzen werden kann und anderseits genügend gross ist, um die vereinigten Heiz- und Anodenströme auf zunehmen.
Die Kathode muss fernerhin in der Lage sein, erhebliche Mengen von Elek tronen zu liefern und infolgedessen auch neben dem grossen Querschnitt und genügen der Widerstandsfähigkeit eine grosse elektro nenemittierende Oberfläche besitzen. Bei Glühkathoden mit Reizfäden cewöhnlicher Länge, die für geringe Spannungen bestimmt sind, können diese Bedingungen erfüllt wer den durch Verwendung eines Metallbandes, das schrauben- oder spiralförmig geführt ist. Ist jedoch die Kathode für höhere Spannun gen bestimmt, so muss der Heizfaden, damit er den nötigen W iderstand darbietet, wegen seines grossen Querschnittes sehr lang sein.
Eine spiralförmige Kathode der erforder- liehen Länge nimmt dann aber einen Raum ein, dass, ihre Verwendung in den genannten Röhren mit Gas- oder Dampffüllung mit be schränktem Elektrodenabstand ausgeschlos sen erscheint.
Um möglichst wenig Raum zu beanspru- ehen und eine möglichst grosse aktive Fläche zu erzielen, besteht gemäss der Erfindung die Kathode aus mindestens zwei leitenden Tei len gleicher Form, die übereinander liegen -und in Reihe geschaltet sind. Zweckmässig können dabei die beiden leitenden Teile als Spiralen ausgebildet werden, die koaxial an geordnet sind. Ferner können vorteilhaft die Spiralen im gleichen Sinne gewickelt und ihre Mittelpunkte miteinander verbunden Weiden, während ihre freien Enden Zufüh rungen für deh Heizstrom besitzen.
Der Mit- telpunkt der Spiralen kann mit einer von den übriaen Zuleitungen getrennten, durch die Röhre geführten Zuleitung für den Ano denstrom verbunden sein.
Ausser den genannten werden dadurch weitere Vorteile erreicht. Die Leiter für den Heizstrom können von dem Transport des Anodenstromes entlastet werden und brau chen lediglich so bemessen zu werden, dass sie den Heizstrom führen können.
Ferner hat es sich bei den angegebenen Entladungsgefässen herausgestellt, dass, wenn die Bandkathoden in der üblichen Weise als Spirale aufgewickelt sind, das Magnetfeld des Reizstromes die Bewegung der Elektro nen und positiven Ionen nachteilig beein- flusst, indem nämlich diese Teilchen von ihrer normalen Bahn zwischen den Elektroden ab- n ('Pelenkt werden und dadurch Schwierigkeiten beim Zünden der Röhre und ihrem späteren Betrieb eintreten.
Durch die angegebenen Massnahmen kann erreicht werden, dass sich die magnetischen Kräfte der Kathode gegen seitig aufheben.
Die Erfindun-- soll anhand der Zeich nung, die eine Röhre mit einer beispielswei sen Ausführungsform der neuen Kathode im teilweisen Schnitt darstellt, näher erläutert werden.
Es bedeutet<B>1</B> ein entlüftetes Gefäss, das den Fuss 2 aufweist. In der Röhre sind gleichae hsig zueinander die Kathodenanord- nung, das elektrostatische Steuerorgan oder Gitter<B>3</B> und die Anode 4 angebracht. Die Kathode besteht, nun aus einem Leiter, der vorzugsweise aus einem Band gebildet ist und der aus mehreren Teilen besteht, die zu Lagen<B>5, 6</B> ähnlicher Gestaltung gewickelt sind, zum Beispiel zu Schrauben oder Spi ralen, die übereinander liegen auf der glei chen Achse, in gleichem Sinne gewickelt und in Reihe geschaltet sind.
Das äussere Ende beider Spiralen ist in geeigneter Weise umgebogen und mit Zuführungen<B>7, 8</B> ver sehen, die ihrerseits in normalen Kontakt stiften<B>9, 10</B> am Fuss der Röhre endigen. Die Kontaktstifte werden durch einen Ab- wärtstransformator 12 von der Wechsel- stromquelle <B>11</B> gespeist. Die Mitten der Spi ralen sind durch einen Leiter<B>13</B> miteinander verbunden.
Dieser Leiter<B>13</B> führt auf der einen Seite durch den Fuss nach dem Kon taktstift 14 und ist auf der andern Seite zum Beispiel durch Schweissen, mit einer Kappe<B>15</B> verbunden, die über die Kathode passt. Bei dieser Anordnung durchfliesst der Heizstroin die Spiralen in entgegengesetzter Richtung, so dass sich die magnetischen Fel der der Spiralen gegenseitig aufheben.
Die Kathode kann in bekannter Weise aus Nickel bestehen und zwecks Erhöhung der Elektrünenemission auf einer oder beiden Seiten mit einer aktiven Masse, zum Beispiel Bariumkarbonat (BaC0,), oder andern Sal zen der Erdalkalien, bedeckt sein. Der Über zug kann durch Aufbringen einer Paste aus dem Karbonat und einem geeigneten Binde mittel und nachfolgendes Erhitzen herge stellt werden. Die Kappe<B>15</B> kann ebenfalls aus Nickel bestehen. Sie ist an der Spitze geschlossen und am untern Ende offen und so lang, dass sie bis über den untern Rand der Spirale<B>6</B> reicht.
Ausser der Halterung in der Mitte durch den Leiter<B>13</B> ist noch an der äussern Fläche eine Strebe<B>16</B> vor sehen, die in den Fuss 2 eingeschmolzen ist, so dass zwei starre Stützpunkte vorhanden sind. Die Wirkungsweise dieses Schirmes wird noch näher erläutert. Das Steuerorgan <B>3</B> besteht vorzugsweise aus einem Gitter oder sonstwie durchlöchertem Körper aus Metall, zum Beispiel aus einer Chromnickellegierung, die erst bei sehr hohen Temperaturen Elek tronen abgibt. Das Gitter kann die Form einer zylindrischen Kappe besitzen, die über den Kappenteil <B>15</B> und noch weit unter die Kathode hinabragt und durch die Streben <B>17, 17</B> getragen wird.
Diese Streben sind an einer Schelle<B>18</B> befestigt, die um den Fuss 2 gezogen ist und an der die Zuführung <B>19,</B> die mit dem Kontaktstift 20 in Verbin dung steht, befestigt ist.
Die Anode 4 besteht aus einer Platte, vorzugsweise, aus geseliwärztern Nickel, da mit ihre Oberfläche einen schwarzstrahlen den Körper darstellt. Die Anodenverbindung erfolgt über eine Klemme 21 an dem obern Ende der Röhre. Die Röhre ist also eine so- genannte spitzenlose Type, das heisst die Evakuierung erfolgt nicht an der Spitze, sondern in bekannter Weise durch ein Rohr 22 am Fuss der Röhre.
Um den Fuss der Röhre vor zu starker Erhitzung durch die Kathode zu schützen, ist ein flacher Metallschirm<B>'23</B> vorgesehen, der in geeigneter Weise, zum Beispiel durch kleine Ringe an den Leitern<B>13</B> und<B>16,</B> die sich auf gleichem Potential befinden, be festigt ist. Die übrigen Leiter verlaufen durch genügend grosse Öffnungen in der Scheibe<B>23.</B> Eine Gettersubstanz 24, zum Beispiel in Form eines kleinen Magnesium- bandes, ist in geeigneter Weise an der Scheibe<B>25</B> befestigt, die durch den Draht<B>26</B> an dem Leiter<B>17</B> gehalten wird. Die Wir kung des Getters ist bekannt.
Während und nach der Entlüftung kann ein träges Gas, zum Beispiel Argon, von einem Druck in den Grenzen von<B>50</B> bis<B>250</B> Mikrons in die Röhre eingeführt werden, vorzugsweise wird jedoch als Erzeuger des ionisierbaren Damp fes ein Quecksilbertröpfehen benutzt. Die Betriebstemperatur der Röhre wird dabei so gewählt, dass der Druck des Quecksilber dampfes unter<B>1</B> mm liegt.
Der Eingangs- oder Steuerkreis umfasst die Leiter<B>27,</B> 927', von denen der eine mit dem Kontaktstift 14 und dadurch mit der Mitte der Kathode verbunden ist, während der andere zum Gitterkontakt 20 führt. Der Ausgangskreis umfasst den Verbraucher<B>28,</B> der zum Beispiel ein Relais darstellen kann, und eine Wechselstromquelle <B>29</B> geeigneter Spannung, die mittelst des zweipoligen Schalters<B>30</B> eingeschaltet werden kann.
Werden Kathode und Anode mit den ent sprechenden Spannungen gespeist, so werden Elektronen durch das offene Ende des Kap- penteils <B>15</B> hindurch ausgesandt, und es ent- sieht zwischen Anode und Kathode eine lichtboggenähnliche Entladung. Das Einset zen der Entladung kann durch eine negative Ladung des Gitters von geeigneter Grösse gesteuert werden.
Die Kappe<B>15</B> dient nicht nur dazu, die an der Kathode erzeugte Wärme zusammenzuhalten, sondern soll auch verhindern, dass aktives Material, das heisst Barium, sieh von der Kathode auf das Gitter niederschlägt und dort eine Elektronenemis sion als Folge des durch den Lichtbogen er zeugten starken Bombardements hervorruft. Es ist augenscheinlich, dass die vom Gitter auso,esandten Elektronen, soweit es den Zündvorgang angeht, gleichbedeutend sind, mit einer gleichen Zahl von Elektronen von der Kathode her.
Ist ihre Zahl nun hinrei chend um den Bogen zu zünden, so kann keine negative Gitterspanuung dies verhiu- dern. Im allgemeinen ist schon eine Gitter emission von wenigen Mikreamp6re hinrei chend, um die Steuerung der gas- oder dampfgefüllten Röhren zu vereiteln.
Aus der in der Zeichnung dargestellten Schaltung geht hervor, dass der Verbraucher kreis, der gewöhnlich einen Strom von vielen Ampere führt, elektrisch vom Heizkreis ge trennt ist und infolgedessen kein in die Röhre führender Leiter erforderlich ist, um den vereinigten Heiz- und Anodenstrom zu transportieren. Dadurch, dass der Strom, der in den verschiedenen Leitern fliesst, auf ein Minimum reduziert ist, ist die Gefahr, dass der Röhrenfuss undicht wird, weitgehend vermindert.
Ferner ist es viel leichter, dünne Drähte in das Glas einzusclimelzen als dicke Drähte, wie sie erforderlich wären, wenn die Leiter den gesamten Strom führen müssten. Da der Heizfaden als doppellagige Spirale ausgebildet ist, deren Lagen direkt überein ander liegen ist der Innenraum der Kappe <B>15</B> äusserst vorteilhaft ausgenutzt, ohne dass dabei die Wirksamkeit der Kathode als Elek tronensender, noch die Ausnutzung ihrer ge samten Oberfläche für die Aufrechterhal tung des Bogens bei einem verhältnismässig niedrigen Kathodenfall irgendwie litte.
Die zweilagige Form des Heizfadens gestattet ferner ohne Schwierigkeit die Herstellung eines genauen elektrischen Mittelpunktes für die verschiedenen Wechselstromquellen, wäli- rend es äusserst schwierig ist, die elektrische Symmetrie durch Mittelanzapfung der übli- chen-Ileiztransformatoren, wie es bisher ge schehen ist, festzulegen.
Als weiterer Vorteil dieser Ausbildung der Kathode ergibt sieh, dass die Zuführung<B>13,</B> die zur Mitte des lIeiziadens führt, als weiterer Stützpunkt für die beiden Spiralen dient und die ge samte Kathodenanordnung dadurch starrer und fester macht.
Ferner werden bei dieser Anordnung schädliche magnetische Felder vermieden, da die beiden Spiralen von gleichen, entgegen gesetzt gerichteten Strömen durchflossen werden. Dies ist sehr günstig für den Betrieb der Röhre, insbesondere mit Rücksicht auf die Form des Bogenstromes und die Wirk samkeit seiner Steuerung.
Statt zweier Spiralen, wie in der Zeich nung dargestellt, können gegebenenfalls auch mehrere solcher Paare mit Vorteil benutzt werden. Es kann dann der Mittelpunkt jedes Paares mit dem Leiter<B>13</B> verbunden werden. Die Zuleitungen zu Enden jedes Paares kön nen besonders aus der Röhre herausgeführt werden, oder die Spiralen können in Parallel- schaltuno, mit denselben Zuleitungen verbun den werden.