Elektrische Entladungsröhre. Die Erfindung bezieht sich auf gasge füllte elektrische Entladungsröhren, die mit wenigstens teilweise indirekt geheizten Glüh- kathoden versehen sind, welche einen stark Elektronen emittierenden Stoff enthalten. Unter Gasfüllung ist in vorliegendem Patent auch eine aus einem Gemisch von Gas und Dampf oder eine aus einem oder mehreren Dämpfen bestehende Füllung zu verstehen.
Die Erfindung hat den Zweck, die Emis sion, den Wirkungsgrad und die Lebensdauer der Glühkathoden zu erhöhen.
Entladungsröhren gemäss der Erfindung können unter anderem mit grossem Vorteil als Neonröhren und als Entladungsröhren für grosse Leistungen, wie Gleichrichterröhren, angewendet werden.
Die Kathode einer elektrischen Entla dungsröhre gemäss der Erfindung weist einen Körper auf, der eine grosse Anzahl von Höh lungen besitzt und von einem Heizkörper umgeben ist. Die Höhlungen vergrössern die emittierende Oberfläche der Kathode in er heblichem Masse, während die wärmeaus strahlende Oberfläche nahezu nicht vergrö ssert wird. Es kann infolgedessen die ge samte Emission der Kathode sehr gross ge macht werden, während die spezifische Emis sion, das heisst die Emission pro Einheit der zur Heizung der Kathode auf die Betriebs temperatur erforderlichen Energie, einen er heblichen Wert erreicht.
Die Zerstäubun-, und Verdampfung des elektronenaktiven Stoffes sind sehr gering, da der Stoff, der von bestimmten Teilen der Oberfläche der Höhlungen zerstäubt oder verdampft, sieh wieder an andern Teilen dieser Oberfläche niederschlägt. In den Höhlungen der Ka thode ist in der Regel das elektrische Feld sehr schwach oder ganz aufgehoben, was die Elektronenemission sehr erleichtert.
Der Kathodenkörper kann zweckmässig !derart hergestellt sein, dass er eine grosse Anzahl von Höhlungen besitzt, deren Innen wandung mit einem emittierenden Stoffe überzogen ist. Der emittierende Stoff, der sich nicht an der Oberfläche des Kathoden körpers, sondern gleichsam im Innern dieses Körpers befindet, trägt zwar zu der Elek tronenemission, aber nicht zu der Wärme ausstrahlung bei.
Eine zweckmässige Bauart kann dadurch erhalten werden, dass man die Kathode ein Netzwerk von Metalldrähten enthalten lässt. Eine gedrungene Anordnung kann erzielt werden, wenn man dieses Netzwerk aus meh reren Schichten eines Geflechtes bestehen lässt. Die Kathode kann zu diesem Zweck aufgerollte Gaze oder aber mehrere konzen trische Zylinder aus Gaze enthalten. Es ist in vielen Fällen erwünscht, zwischen den verschiedenen Schichten des Netzwerkes Lei ter anzuordnen, welche die Schichten in einem bestimmten Abstand voneinander hal ten und gleichzeitig für die Stromzufuhr die nen können.
Eine andere geeignete Ausführung be steht darin, dass der Kathodenkörper aus einem Bündel von Drähten hergestellt ist, die sich wenigstens über einen Teil ihrer Länge in kurzem Abstand voneinander .be finden.
Die Zeichnung veranschaulicht einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegen standes.
Die Fig. 1 und 2 stellen Entladungsröh ren mit einer Kathode dar, die ein aufgeroll tes Geflecht aufweist; Fig. ,3 stellt den Fuss einer Entladungs röhre mit einer auf diesem befestigten Na thode dar, die ein Bündel nicht aneinander anliegender Drähte aufweist, und Fig. 4 stellt den Fuss einer Entladungs röhre dar, auf dem eine Kathode befestigt ist, die der Hauptsache nach aus einem festen Körper besteht, der mit tiefen Höhlungen versehen ist.
Die in den Fig. '1 und 2 dargestellte Entladungsröhre hat eine aus Glas, Quarz oder ähnlichem Stoff bestehende Wand 1, an die zwei metallene Scheiben 2 und 3 aasge schmolzen sind, die zweckmässig aus Chrom eisen hergestellt sind. Die Scheibe 2 trägt die Glühkathode und die Scheibe ''3 trägt zwei Anoden der Entladungsröhre.
Die Kathode besteht aus einer aufgeroll ten Gaze 4, deren verschiedene Schichten durch leitende Stäbchen 5 voneinander ent fernt gehalten werden. Ausserhalb des auf gerollten Kathodenkörpers sind diese Stäb chen 5 gegeneinander gebogen und durch einen Bügel 6 miteinander verbunden. Das aufgerollte Netzwerk 4 ist von einem schrau benlinienförmig gewickelten Draht 7 umge ben, dessen Enden in die Stromzuführungs- drähte 8 und 9 übergehen.
Diese Stromzit- führungsdrähte sind luftdicht an den obern Enden dünner Röhrchen 10 befestigt, die zum Beispiel aus Chromeisen bestehen und an ihrer zylindrischen Oberfläche unter Zwi schenfügung von Glasschichten 11 durch Öffnungen in der Scheibe 2 geführt sind. Zwischen den Stromzuführungsdrähten und den Röhrchen 10 befindet sich ein wenig Raum, so dass diese Drähte nur am obern Ende der Röhrchen 10 mit letzteren verbun den sind. Diese Art der Durchführung der Stromzuführungsdrähte macht es möglich, sehr starke Ströme durch die Zuführungs drähte zu leiten, ohne dass die Einschmelz stellen zu stark erhitzt werden.
Die Enden der Stäbchen 5 sind durch den Draht 12 mit dem Stromzuführungsleiter 9 verbunden.
Das Geflecht 4 ist mit einem stark elek- tronenemittierenden Stoff bedeckt. Es ist vorteilhaft, das Geflecht zu diesem Zweck bei der Herstellung in eine Lösung eines oder mehrerer Erdalkalimetall-Hydroxyde einzu tauchen. Diese Hydroxyde werden sodann durch Erhitzung in Oxyde umgesetzt. Der Leiter 7, der den Heizkörper der Kathode bildet, ist ebenfalls mit einem emittierenden Stoff überzogen. Zwischen dem Draht 7 und dem Geflecht befindet sich eine genügende Menge eines zum Beispiel aus Erdalkalioxyd bestehenden Isolierstoffes, um einen Kurz schluss der Windungen des Heizkörpers 7 zu verhindern.
Der emittierende Stoff, der sich im Innern des aufgerollten Kathodenkörpers befindet, trägt nicht zur Wärmeausstrahlung bei, so dass die Kathode nur einer geringen Heizenergie bedarf, während dennoch die Elektronenemission auf einen sehr hohen Wert gesteigert werden kann; denn die Elek tronen aussendende Oberfläche der Kathode ist sehr gross. Es ist zum Beispiel ohne Be denken möglich, auf diese Weise eine Ka thode herzustellen, die einen Emissionsstrom von mehreren hundert Ampere liefern kann. Ein Teil dieses Stromes wird dem Innern der Kathode durch den Leiter 12 und die Stäbchen 5 zugeführt.
Es ergibt sich, dass die Elektronenemission auch durch das sehr schwache elektrische Feld in den engen Höh lungen und infolge der gegenseitigen Wir kung der Wände der Höhlungen erleichtert wird, welche Wände in diesem Fall aus den Drähten des Geflechtes bestehen. Ein posi tives Ion, das in eine enge Höhlung gelangt, kann dadurch mehrere Elektronen aus der Höhlung vertreiben.
Der im Innern der Kathode befindliche elektronenemittierende Stoff kann nahezu nicht aus der Kathode zerstäuben, so dass die Lebensdauer der Kathode sehr gross ist. Es kann vorkommen, dass während des Be- triebes der auf dem Draht 7 vorhandene emit tierende Stoff von diesem Draht zerstäubt, so dass dieser Heizkörper sich nahezu nicht mehr an der Elektronenemission beteiligt und die Emission ganz durch den auf dem Geflecht 4 vorhandenen emittierenden Stoff erfolgt.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ent ladungsröhre weist zwei Anoden 13 auf, die an Stromzuführungsdrähten 14 befestigt sind, die auf ähnliche Weise durch die Scheibe 3, wie die Leiter 8 und 9 durch die Scheibe 2 hindurchgeführt sind. Die darge stellte Entladungsröhre eignet sich zum Gleichrichten von Wechselströmen und ist mit einer geeigneten Gasfüllung versehen, die zum Beispiel aus Argon unter einem Druck von einigen Millimetern besteht. Dem Argon kann vorteilhaft eine gewisse Quecksilber dampfmenge zugesetzt sein. Es ist auch mög lich, die Gasfüllung ganz aus Quecksilber- dampf bestehen zu lassen.
Der Druck dps Quecksilberdampfes kann sehr niedrig sein, zum Beispiel einen Bruchteil eines Milli meters.
Die in Fig. 3 dargestellte Kathode wird von der Quetschstelle 15 eines Fusses 16 ge tragen. Diese Kathode besteht im wesent lichen aus einem Bündel von Drähten 17, die grösstenteils frei voneinander sind und am untern Ende von einem schraubenlinienför- mig gewickelten Draht 18 zusammengehalten werden, dessen Enden mit den Stromzufüh- rungsleitern 19 und 20 verbunden sind, wel che in der Quetschstelle 15 befestigt und mit den Stromzuführungsdrähten 21 und 22 ver bunden sind.
Der schraubenlinienförmig ge wickelte Draht 18 bildet den Heizkörper der Kathode und er ist zu diesem Zweck, zum Beispiel durch eine Erdalkaliogydschicht, in genügendem Masse gegen die Drähte 17 iso liert, um einen Kurzschluss zwischen den ver schiedenen Windungen zu verhindern. Die Drähte 17 sind mit einem stark elektronen emittierenden Stoff, zum Beispiel mit einem oder mehreren Erdalkaliogyden bedeckt, während auch der Heizdraht 18 mit einem elektronenaktiven Stoff überzogen sein kann.
Der Emissionsstrom wird den Drähten 17 -mit Hilfe eines Ringes 23 zugeführt, der um das untere Ende des Drahtbündels herum ang e- ordnet und durch drei Stützdrähte 24 auf der Quetschstelle 15 befestigt ist. Diese Stützdrähte können mit einem der Stromzn- führungsleiter des Heizdrahtes 18 verbunden oder mit besonderen Stromzuführungsdrähten versehen sein.
Fig. 4 stellt eine Kathode dar, die auf der Quetschstelle 25 eines Fusses 26 angeordnet ist, der an die Glocke einer Entladungsröhre angeschmolzen werden kann. Die Kathode weist einen zum Beispiel aus Wolfram oder Nickel bestehenden zylindrischen Körper 2 7 auf, der an der obern Oberfläche eine grosse Anzahl von tiefen und engen Höhlungen 28 hat und von einem Heizkörper 29 umgeben ist, der gegen den Körper 27 isoliert und mit den Stromzuführungsleitern 30 und 31 ver bunden ist. Der Körper 27 ist mit dem Stromzuführungsleiter 32 verbunden, der init einem besonderen Durchführungsdraht<B>33</B> versehen ist.
Die Oberfläche der Höhlungen 28 ist mit einem stark elektronenaktiven Stoff bedeckt, der mit Hilfe des Heizkörpers 29 auf die Emissionstemperatur gebracht werden kann. Es ist in vielen Fällen vor teilhaft, die Höhlungen 28 mit einem 11Ie- talldrahtgeflecht anzufüllen, das ganz mit einem stark elektronenemittierenden Stoff überzogen ist. - Die Höhlungen 2,8 können in diesem Fall auch weiter gemacht werden, als wenn sie nicht angefüllt sind.
Der in den Höhlungen 28 befindliche emittierende Stoff trägt nahezu nicht zur Wärmeausstrahlung bei, so dass der Wirkungsgrad der Kathode sehr hoch ist, während die Zerstäubung des elektronenemittierenden Stoffes sehr gering ist.
Electric discharge tube. The invention relates to gas-filled electrical discharge tubes which are provided with at least partially indirectly heated incandescent cathodes which contain a substance that emits strong electrons. In the present patent, gas filling is also to be understood as meaning a filling consisting of a mixture of gas and steam or a filling consisting of one or more vapors.
The purpose of the invention is to increase the emission, efficiency and life of the hot cathodes.
Discharge tubes according to the invention can, inter alia, be used with great advantage as neon tubes and as discharge tubes for high powers, such as rectifier tubes.
The cathode of an electrical discharge tube according to the invention has a body which has a large number of Höh lungs and is surrounded by a heater. The cavities enlarge the emitting surface of the cathode to a considerable extent, while the heat emitting surface is almost not enlarged. As a result, the total emission of the cathode can be made very large, while the specific emission, that is, the emission per unit of the energy required to heat the cathode to the operating temperature, reaches a considerable value.
The atomization and evaporation of the electron-active substance are very slight, since the substance which atomizes or evaporates from certain parts of the surface of the cavities, is deposited again on other parts of this surface. In the cavities of the cathode, the electric field is usually very weak or completely eliminated, which greatly facilitates electron emission.
The cathode body can expediently be manufactured in such a way that it has a large number of cavities, the inner wall of which is coated with an emitting substance. The emitting substance, which is not located on the surface of the cathode body but rather inside this body, contributes to the electron emission, but not to the radiation of heat.
A useful design can be obtained by letting the cathode contain a network of metal wires. A compact arrangement can be achieved if this network consists of several layers of a mesh. For this purpose, the cathode can contain rolled up gauze or several concentric cylinders made of gauze. In many cases it is desirable to arrange conductors between the different layers of the network, which conductors hold the layers at a certain distance from one another and at the same time can serve for the power supply.
Another suitable embodiment is that the cathode body is made from a bundle of wires which are at least a short distance apart over part of their length.
The drawing illustrates some embodiments of the subject matter of the invention.
Figs. 1 and 2 represent Entladungsröh Ren with a cathode having a rolled up th braid; Fig., 3 shows the foot of a discharge tube with a method attached to this Na, which has a bundle of non-abutting wires, and Fig. 4 shows the foot of a discharge tube on which a cathode is attached, the main thing after consists of a solid body, which is provided with deep cavities.
The discharge tube shown in Figs. '1 and 2 has a wall 1 made of glass, quartz or similar material, to which two metal discs 2 and 3 are melted aasge, which are conveniently made of chrome iron. The disk 2 carries the hot cathode and the disk '' 3 carries two anodes of the discharge tube.
The cathode consists of a rolled up gauze 4, the various layers of which are kept away from each other by conductive rods 5. Outside of the rolled cathode body, these rods 5 are bent against each other and connected to one another by a bracket 6. The rolled up network 4 is reversed by a helically wound wire 7, the ends of which merge into the power supply wires 8 and 9.
These Stromzit- lead wires are attached airtight to the upper ends of thin tubes 10, which consist for example of chrome iron and are guided on their cylindrical surface with the interposition of glass layers 11 through openings in the pane 2. There is a little space between the power supply wires and the tubes 10, so that these wires are only verbun at the upper end of the tubes 10 with the latter. This type of implementation of the power supply wires makes it possible to conduct very strong currents through the supply wires without the melting points being heated too much.
The ends of the rods 5 are connected to the power supply conductor 9 by the wire 12.
The braid 4 is covered with a strongly electron-emitting substance. For this purpose, it is advantageous to immerse the braid in a solution of one or more alkaline earth metal hydroxides during manufacture. These hydroxides are then converted into oxides by heating. The conductor 7, which forms the heating element of the cathode, is also covered with an emitting substance. Between the wire 7 and the braid there is a sufficient amount of an insulating material consisting, for example, of alkaline earth oxide to prevent the turns of the heater 7 from short-circuiting.
The emitting substance, which is located inside the rolled up cathode body, does not contribute to the heat radiation, so that the cathode only requires a small amount of heating energy, while the electron emission can nevertheless be increased to a very high value; because the electron-emitting surface of the cathode is very large. For example, it is possible without hesitation in this way to produce a cathode that can deliver an emission current of several hundred amperes. Part of this current is fed to the interior of the cathode through the conductor 12 and the rods 5.
It turns out that the electron emission is also facilitated by the very weak electric field in the narrow Höh lungs and as a result of the mutual action of the walls of the cavities, which walls in this case consist of the wires of the braid. A positive ion entering a narrow cavity can thereby drive several electrons out of the cavity.
The electron-emitting substance in the interior of the cathode can hardly be sputtered out of the cathode, so that the service life of the cathode is very long. It can happen that during operation the emitting substance present on the wire 7 is atomized by this wire, so that this heating element is almost no longer involved in the electron emission and the emission occurs entirely through the emitting substance present on the mesh 4 .
The Ent charge tube shown in Figs. 1 and 2 has two anodes 13 which are attached to power supply wires 14 which are passed through the disc 2 in a similar manner through the disc 3, as the conductors 8 and 9. The discharge tube shown is suitable for rectifying alternating currents and is provided with a suitable gas filling, which consists, for example, of argon under a pressure of a few millimeters. A certain amount of mercury vapor can advantageously be added to the argon. It is also possible to have the gas filling consist entirely of mercury vapor.
The pressure dps of mercury vapor can be very low, for example a fraction of a millimeter.
The cathode shown in Fig. 3 is worn by the pinch point 15 of a foot 16 ge. This cathode consists essentially of a bundle of wires 17, which are largely free from one another and are held together at the lower end by a helically wound wire 18, the ends of which are connected to the power supply conductors 19 and 20, which in FIG Pinch point 15 attached and ver with the power supply wires 21 and 22 connected.
The helically wound wire 18 forms the heating element of the cathode and it is for this purpose, for example by an alkaline earth metal layer, iso liert to a sufficient extent against the wires 17 to prevent a short circuit between the different turns. The wires 17 are covered with a strongly electron-emitting substance, for example with one or more alkaline earth metals, while the heating wire 18 can also be covered with an electron-active substance.
The emission current is fed to the wires 17 with the aid of a ring 23 which is arranged around the lower end of the wire bundle and is fastened to the pinch point 15 by three support wires 24. These support wires can be connected to one of the power supply conductors of the heating wire 18 or provided with special power supply wires.
Fig. 4 shows a cathode which is arranged on the pinch point 25 of a foot 26 which can be fused to the bell of a discharge tube. The cathode has a cylindrical body 27, for example made of tungsten or nickel, which has a large number of deep and narrow cavities 28 on the upper surface and is surrounded by a heating element 29 which insulates from the body 27 and with the power supply conductors 30 and 31 is connected. The body 27 is connected to the power supply conductor 32, which is provided with a special feed-through wire 33.
The surface of the cavities 28 is covered with a strongly electron-active substance which can be brought to the emission temperature with the aid of the heating element 29. In many cases it is advantageous to fill the cavities 28 with a metal wire mesh that is completely covered with a strongly electron-emitting substance. In this case, the cavities 2.8 can also be made wider than if they are not filled.
The emitting substance located in the cavities 28 hardly contributes to the heat radiation, so that the efficiency of the cathode is very high, while the atomization of the electron-emitting substance is very low.