Indirekt geheizte Glühkathode für Entladungsröhren. Die indirekte Heizung von Entladungs röhren ermöglicht die Verwendung von elek trischen Strömen beliebiger Art und Be schaffenheit und daher auch die Verwendung beliebiger Stromquellen, ohne Rücksicht auf den Betrieb der Röhre. Man hat bereits vor geschlagen, derartige Röhren für den Betrieb mit denjenigen Spannungen herzustellen, die dem Verbraucher tatsächlich zur Verfügung stehen, wie etwa die üblichen Netzspan nungen.
Eingang in die Praxis haben diese Vorschläge für Flochspannungsheizung je doch kaum gefunden, wohl deshalb, weil sie hinsichtlich Ökonomie, Lebensdauer und An laufzeit bei der Inbetriebsetzung der Röhre nicht jenen Ansprüchen genügen konnten, die man bei den heute üblichen Systemen der indirekten Kathodenheizung zu stellen ge wohnt ist, bei denen der Heizstrom niedriger Spannung entweder besonderen Stromquellen entnommen oder durch transformatorische Umwandlung des Netzstromes erzeugt wird.
Durch die Erfindung soll eine von den eben genannten Mängeln freie indirekte Ka thodenheizung vom Netz aus geschaffen wer den, zu welchem Zwecke der -Heizdraht der art dimensioniert ist, dass er direkt an eine hohe Spannung angeschlossen werden kann.
Unter hoher Spannung ist in diesem Patent eine Spannung zu verstehen, die gross ist gegenüber der üblichen Heizspannung von 2 bis 6 Volt, vorzugsweise eine der üblichen Liohtnetzspannungen. Der H.cizdraht von grosser Länge ist daher zusammen mit Iso liermaterial innerhalb der emittierenden Schicht der Kathode derart unter Aus nutzung des Querschnittes der Kathode untergebracht, dass bei einer Leistungs aufnahme von der Grössenordnung weniger Watt, mindestens 1 Watt Heizleistung auf 1 ein= wirksame Kathodenoberfläche ent fällt.
Bei dieser Ausbildung der Röhre ist keine Änderung des üblichen Aufbaues der Elektrodenröhre erforderlich. Man muss je doch besondere Vorkehrungen treffen, um die vorhandene grosse Heizdrahtlänge in dem Raum innerhalb der Kathode unterzubringen, was dadurch erreicht werden kann, dass die Drähte in an sich bekannter Weise durch gehend spiralisiert sind und durch Hin- und Herführung des spiralisierten Drahtes in mäanderförmigen Windungen innerhalb der Glühkathode konzentriert werden.
Der Heiz- drabt braucht bei dieser Anordnung nur auf niedere Temperatur erhitzt zu werden, was für die Lebensdauer der Röhre von grösster Bedeutung ist. Hierbei treten zwischen den einzelnen Abschnitten des Heizdrahtes nur verhältnismässig kleine Spannungsdifferenzen auf, so dass es zur Verhinderung von Kurz schlüssen zwischen diesen Drahtabschnitten genügt, die Isolierschichten zwischen den Abschnitten so schwach als möglich zu wählen, was wieder zur günstigen Folge hat,
dass die Wärmekapazität des Kathoden körpers sehr klein wird und die Kathode bei Verwendung der üblichen kleinen Energie werte nach verhältnismässig kurzer Anlauf zeit ihre Betriebstemperatur erreicht. Damit ist man aber weiter in die Lage versetzt, den Heizfaden derart konzentriert - anzuordnen, dass sich die an ihn angelegte hohe Spannung sowohl kapazitiv, als auch induktiv nicht störend bemerkbar macht.
Diese Massnahmen erweisen sich- nicht nur als besonders wirksam in bezug auf die Unterbringung der grossen Drahtlänge, die hier erforderlich ist, sie gestatten auch eine ökonomische Austeilung, insbesondere aber eine Konzentration der Wärme und schaffen somit sehr günstige Heizungsverhältnisse.
Unter Ausnutzung dieses Umstandes kann die Heizdrahttemperatur auf ein Minimum gebracht werden, das nicht mehr sehr hoch über der für die Glühkathode .selbst erforder lichen Temperatur liegt, indem man im Rah inen der durch die Spannung einerseits und durch die für einen Dauerbetrieb noch zu lässige Erhitzung des Heizdrahtes anderseits bestimmten Grenzen die Drahtabmessungen derart wählt, dass die Heizung gerade mit jener Temperatur erfolgt, die bei der vor gesehenen Drahtausteilung noch ausreicht, um die Glühkathode auf der gewünschten Temperatur zu halten. Die Lebensdauer des Drahtes steigt .dadurch noch wesentlich.
In manchen Fällen erweist es sich als vorteilhaft, die Glühkathode einer Ent ladungsröhre aus selbständigen Einzelteilen < , herzustellen, die zueinander parallel ge schaltet werden, während die durch diese Teile hindurchgeführten Abschnitte der spiralisierten Heizdrähte hintereinander geschaltet werden. Es ist auf diese Weise möglich, günstige Emissions- und Heizver- hältnisse auch bei sehr hohen Heizspan- nungen zu schaffen.
Es ist ferner bekannt, dass bei der Her stellungsoperation der Glühkathoden wäh rend des sogenannten Ausheizens und Alterns eine Erhitzung der Kathode auf sehr hohe Temperaturen erforderlich ist. Würde nun der Heizdraht auf derart hohe Temperaturen erhitzt, so würde damit seine Lebensdauer wesentlich verkürzt.
Um nun die Vorteile zu erhalten, die durch die Erfindung in bezug auf die Verlängerung der Lebensdauer der Heizdrähte ermöglicht werden, kann neben dem spiralisierten Draht auch ein ein facher gewöhnlicher Heizdraht innerhalb der Glühkathode untergebracht ,sein, welcher mit getrennten Herausführungen versehen werden kann und der derart bemessen ist, dass er mit der üblichen niedrigen Spannung bereits die bei der Herstellung erforderliche, hohe Temperatur des Emissionsträgers (etwa 1200 - 1400 ) erzeugt. Nach der Fertig stellung der Lampe ist dieser Draht dann überflüssig; er kann daher auch erheblich überhitzt werden, weil seine Funktionsdauer nur kurz ist.
Der Draht kann jedoch auch so bemessen werden, dass man hilfsweise oder alternativ die Röhre auch im Betriebe mit geringen Spannungen beheizen kann, so dass also beispielsweise eine Röhre erhalten wird, die sowohl aus dem Netz, als auch durch Akkumulatoren beheizt werden kann. Die während der Herstellungsoperation erforderliche Erhitzung (wie das Ausheizen der Röhre oder das Altern der Kathode) kann jedoch auch auf einem andern Wege ohne Beanspruchung des Heizdrahtes vor genommen werden.
An Stelle eines mit emis sionsfähiger Schicht überzogenen Metall röhrchens kann eine mit emissionsfähiger Schicht versehene Drahtspirale Verwendung finden, welche für die Zwecke des Erhitzens auf hohe Temperaturen direkt beheizt wird, indem der zur Erhitzung dienende Strom durch die Drahtspirale hindurchgeleitet wird. Nach erfolgter Fertigstellung der Röhre während des Betriebes erfolgt jedoch die Heizung durch den innerhalb der Spirale untergebrachten Heizkörper. Auch in .diesem Falle kann durch geeignete Herausführungen dafür gesorgt werden, dass die Röhre gege benenfalls auch im Betrieb alternativ mit zweierlei Spannungen bezw. einmal als direkt, einmal als indirekt beheizte Röhre betrieben werden kann.
Derartige Glüh- kathoden können überall dort Verwendung finden, wo indirekt geheizte Glühkathoden vorgesehen .werden, insbesondere auch in Leuchtröhren und ähnlichen Entladungs röhren.
Die Erfindung ist in mehreren beispiels weisen Ausführungsformen in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 und 2 ein Ausführungsbeispiel einer Glühkathode, bei welcher ein zylindrisches, mit einer emittie renden Schicht überzogenes Röhrchen durch einen spiralisierten und mehrmals hin- und hergeführten Draht beheizt wird, wobei jeder Abschnitt sich innerhalb eines besonderen Isolierröhrchens befindet.
Die Fig.3 und 4 zeigen eine Ausfüh rungsform des Erfindungsgegenstandes, bei welcher die einzelnen Abschnitte des Heiz drahtes innerhalb von Kanälen eines kera mischen Isolierkörpers verlaufen, der den Hohlraum der Glühkathode ausfüllt. Gleich zeitig wird in diesen Figuren auch beispiels weise die Verlegung eines Hilfsdrahtes neben dem Heizdraht dargestellt.
Die Fig. 5 und 6 zeigen eine Ausfüh rungsform der Glühkathode, bei der die Emissionsschicht von einem kastenförmigen, sich im wesentlichen in zwei Ebenen er- streckenden Träger getragen wird. Die Ver legung des Heizdrahtes erfolgt bei dieser Ausführungsform ebenfalls innerhalb der Kanäle eines keramischen, den Hohlraum des Kastens ausfüllenden Isolierkörpers.
Die Fig. 7 zeigt eine weitere Ausfüh rungsform der Glühkathode mit einem Iso- lierkörper, ähnlich wie in Fig. 3 und 4, bei welcher jedoch die eigentliche Kathode aus einem spiralförmig gewundenen Draht be steht, auf welchem eine emissionsfähige Überzugsschicht aufgebracht ist. Fig. 8 zeigt in einem stark vergrösserten Schnitt eine wei tere Ausführungsform.
Die in den Fig.1 und 2 dargestellte, indirekt beheizte Glühkathode besteht aus einem hohlen zylindrischen Nickelröhrchen a, das eine emissionsfähige Schicht trägt, die durch einen im Innern des Röhrchens befind lichen Heizdraht b beheizt wird. Dieser Heiz draht ist, wie früher erläutert, von so grosser Länge, dass sein Widerstand ausreicht, um bei verhältnismässig hohen Spannungen die gewünschte Heizleistung bei der gewünsch ten, nicht zu hohen Temperatur abzugeben.
Zur gedrängten Unterbringung dieser Draht länge innerhalb des von der zu beheizenden Fläche eingeschlossenen Raumes wird der Heizdraht durchgehend spiralisiert und über dies in dem dargestellten Ausführungsbei spiel in vier mäanderfömigen Windungen im Innern der hohlzylindrischen Kathode hin- und hergeführt. Jeder Abschnitt der mäanderförmigen Hin- und Herführung liegt innerhalb eines besonderen Isolierröhrchens c, und alle vier Isolierröhrchen sind derart innerhalb der hohlzylindrischen Kathode an geordnet, dass sie den Hohlraum möglichst gleichmässig ausfüllen.
Anstatt den Heizdraht in Isolierröhrchen zu verlegen, kann er selbst nach Art der Emaildrähte mit einer Schicht aus isolieren der Masse versehen werden. Beispielsweise kann man die Spirale mit einem Überzug aus keramischem Material mit einem geeig neten Bindemittel besprühen und nach Er reichen einer genügenden Schichtdicke aus glühen, wodurch der Draht einen entspre- chenden Überzug erhält, der bei der angewen deten Mehrfachspirale derart ausgebildet wird, dass er gleichzeitig eine Deformation der Spirale verhindert.
Die Überzugsschicht kann auch aus reinem, geglühtem Alu- miniumoxyd, aus Zirkonoxyd oder einem ähnlichen Material bestehen, welches in der gleichen Weise aufgebracht wird.
Die Ausführungsform gemäss Fig. 3 und 4 unterscheidet sich von den soeben beschrie benen Ausführungsformen dadurch, dass an Stelle der einzelnen Isolierröhrchen bezw. an Stelle der Isolierung .der Drahtspiralen ein einziger keramischer Isolierkörper getreten ist, welcher das ganze Innere des hohlzylin drischen Kathodenröhrchens ausfüllt. Dieser Isolierkörper weist eine Reihe von Kanälen (im Ausführungsbeispiel gemäss Fig.3 und 4 vier Kanäle) auf, durch welche die Ileiz- drahtspiralen hindurchgeführt werden.
Dass eine genügende Länge des Heiz- fadens bei entsprechender Dicke des Drahtes innerhalb der Glühkathode untergebracht werden kann, zeigt folgendes Ausführungs beispiel: Es sei beispielsweise die Glühkathode an ein Lichtnetz von 110 Volt Spannung anzu schliessen. Die Kathode bestehe aus einem Nickelröhrchen von zirka 3 mm lichter Weite und zirka 30 mm Länge (was den üblichen Dimensionen entspricht). In diesem Falle wird eine Heizspirale verwendet, die aus Wolframdraht besteht, welcher einen Durch messer von 0,02 mm aufweist. Die genannte Heizdrahtlänge, welche in diesem Falle er forderlich ist, beträgt 17-0 cm.
Ein Draht von 170 cm glatter Länge wird durch Spirali- sieren leicht in eine Drahtspirale umgewan delt, die je nach dem Durchmesser der Win dung 80-140 mm Länge von Ende zu Ende aufweist. Diese Länge eines spiralisierten Drahtes kann innerhalb des von der Glüh- kathode eingeschlossenen Raumes leicht untergebracht werden, wenn der spiralisierte Draht höchstens vier Mal durch den Hohl raum hin- und hergeführt wird.
Ist die Spannung 220 Volt, so kann mit genau demselben spiralisierten Heizdraht das Auslangen gefunden werden. In diesem Falle werden zwei Glühkathoderiröhrchen neben einander angeordnet und parallel geschaltet, während die in ihnen untergebrachten Heiz drähte in Serie geschaltet werden.
Es ist in diesem Zusammenhange zu bemerken, dass es sich auch in verschiedenen Fällen als vorteil haft erweisen kann, mehrere Kathoden mit in Serie geschalteten Heizfäden anzuwenden, wobei diese Kathoden zu ein und demselben Elektrodensystem oder zu mehreren verschie denen Elektrodensystemen gehören können.
Es ist somit möglich, bei ganz normalen Draht- und Glühkathodendimensionen die üblichen Netzspannungen ohne jede Schwie rigkeit als Heizspannungen zu verwenden.
Die Drahtlänge -des Heizfadens kann, wie früher dargelegt, derart gewählt werden, dass der Heizdraht auf eine möglichst niedrige Temperatur gebracht wird, um eine mög lichst grosse Lebensdauer der Drahtspirale zu erzielen. In diesem Falle verlängert sich wohl die Gesamtlänge des Heizdrahtes im Vergleich zu jener Länge, die bloss mit Rück sicht auf die Spannung bezw. auf die für einen Dauerbetrieb noch zuzulassende Heiz drahttemperatur erforderlich wäre.
Infolge der gleichmässigen Verteilung des Heiz drahtes über die Fläche und zufolge der hier erzielbaren Konzentration der Wärme, sowie infolge der günstigen Wärmeübertragungs- verhältnisse ist es möglich, die Emissions schicht auf die erforderliche Temperatur von 700 bis 1000 zu bringen durch einen Draht, der selbst nicht sehr hoch über diese Tem peratur erhitzt wird. Es ist auch bei sehr dünnen Drähten möglich, eine Heizleistung anzuwenden, welche mindestens zirka 1 Watt pro cm2 Kathodenoberfläche, gewöhnlich noch wesentlich mehr beträgt.
Erst oberhalb dieser Grenze kann jedoch die günstigste, das heisst niedrigste Temperatur des Reiz fadens im Betrieb erzielt werden. Ein weiterer Schritt auf dem Wege, die Ökonomie und Lebensdauer der Röhren da durch zu verbessern, dass die Reizdrahttem- peratur möglichst herabgesetzt wird, besteht darin, die Anordnung so zu treffen, dass von der dem Heizdraht zugeführten Energie auf dem Wege zur Emissionsschicht nicht mehr verloren geht, als mit Rücksicht auf die zwi schen Heizdraht und Glühkathode erforder liche Isolierung eben überhaupt unvermeid lich ist.
Man geht hierbei so vor, dass der Heizdraht und das Kathodenmetall so nahe nebeneinander angeordnet weiden, als dies mit Rücksicht auf die erforderliche Isolation möglich ist, zu welchem Zwecke das Ka thodenmetall unmittelbar auf die den Heiz draht umgebende Isolierschicht aufgetragen und überdies diese Isolierschicht zwischen Heizdraht und Kathodenmetall so dünn als möglich gehalten ist.
Bei mit Niederspannung indirekt zu hei zenden Kathoden wurde bereits vorgeschla gen, das Kathodenmetall direkt auf den den Heizkörper umgebenden Isolierkörper aufzu tragen, doch selbstverständlich nicht zu dem Zwecke, um die Heizdrahttemperatur herab setzen zu können, da diese Temperatur für die Lebensdauer der bei Niederspannungs heizung verwendeten dicken Drähte prak tisch kaum eine Rolle spielt.
Bei Hochvolt kathoden hingegen, wo auch geringe Vermin derungen der Heizdrahttemperatur schon sehr ins Gewicht fallen, kommt dieser Mass nahme die Wirkung zu, die Lebensdauer der Röhre beträchtlich zu erhöhen. 'Voll wird der angestrebte Effekt allerdings noch nicht durch diese Massnahme allein, sondern viel mehr erst dadurch erreicht, dass man gleich zeitig auch die Isolierschicht zwischen dem Heizdraht und dem Kathodenmetall auf der noch zulässigen geringsten Stärke hält.
Es sind also beispielsweise bei der in Fig. 3 und -4 dargestellten Ausführungsform die Kanäle des Isolierkörpers c so anzuordnen, dass die Heizdrähte möglichst nahe der Aussenfläche dieses Isolierkörpers zu liegen kommen, so dass möglichst wenig von der von den Heizdrähten entwickelten Wärme für die Aufheizung des Isolierkörpers ver loren geht.
Auf diesen Isolierkörper wird das Kathodenmetall nicht wie vorhin he- schrieben, in Form eines für sich her gestellten Röhrchens aufgeschoben, wobei ein wärmeisolierender Zwischenraum zwischen Isolierkörper und Kathodenmetall vorhanden wäre, sondern unmittelbar aufgetragen, wo zu man sich irgend eines der bekannten Verfahren bedienen kann. Solche Ver fahren sind unter anderem das Aufspritzen des Metalles mittelst einer Zerstäubungs- pistole, das Aufdampfen, die elektrolytische Metallaufbringung, die Methode der Ka- thodenzerstäubung usw.
Man erhält dadurch eine mit der Isolierschicht innig verbundene und daher an dieser festhaftende Träger schicht für das Emissionsmaterial, welche wesentlich dünner gehalten sein kann, als das erwähnte Kathodenröhrchen und schon da durch eine kleinere Aufheizenergie in An spruch nimmt. Man kann gegebenenfalls mit der Stärke der Kathodenmetallschicht bis zu jener untern Grenze heruntergehen, bei wel cher diese Schicht eben noch an allen ihren Stellen eine zusammenhängende Fläche bil det.
Eine zur Erzielung einer sehr niedrigen Heizdrahttemperatur besonders günstige Aus führungsform ist in Fig.8 in einem stark vergrösserten Querschnitt dargestellt. In die sem Falle wird kein besonderer keramischer Isolierkörper verwendet, sondern der Heiz draht b trägt in der bereits beschriebenen Weise selbst eine isolierende Überzugs schicht c', die ihrerseits einen Überzug a' aus dem Kathodenmetall trägt. Auf dieser Trägerschicht a' befindet sich dann noch die nicht dargestellte Emissionsschicht.
Wie ersichtlich, wird bei einem so aus gebildeten Kathodenglühkörper die zur Be- heizung der Emissionsschicht aufzuwendende Energie dieser Schicht fast ohne Verluste zu geführt, so dass sich die Heizdrahttempera- tur von der Temperatur der Emissionsschicht nur mehr unwesentlich zu unterscheiden braucht. Durch diese vorteilhafte Anord nung wird auch die notwendige Aufheizzeit wesentlich vermindert.
Die in Fig. 5 und 6 dargestellte Ausfüh rungsform der Kathode zeigt einen kasten- förmigen Körper; welcher sich insbesondere zur Benützung in Verbindung mit kasten- förmigen Röhrenaufbauten eignet. In diesem Falle wird ein der Kastenform angepasster, annähernd schmalrechteckiger Isolierkörper innerhalb des Kastens vorgesehen, welcher eine grosse Zahl von Kanälen, im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind acht Kanäle dar gestellt, unterzubringen gestattet. Innerhalb dieser Kanäle wird dann der spiralisierte Heizdraht hin- und hergeführt.
Eine der artige Glühkathode kommt hauptsächlich für hohe Spannungen zur Verwendung.
Die während der Herstellungsoperation der Glühkathode bezw. der Entladungsröhre erforderliche hohe Temperatur der Glüh- kathode, die insbesondere während des so genannten Ausheizens und Alterns der Glüh- kathode angewendet wird und die zwischen 1200 und 1400 beträgt, wird mit Rücksicht auf die Lebensdauer des Heizfadens, welche ja möglichst gesteigert werden soll, am besten nicht durch diesen geliefert.
Vielmehr wird eine solche hohe Temperatur mit Hilfe eines besonderen Hilfsheizfadens f erzeugt, welcher durch das Kathodenröhrchen a neben dem eigentlichen Heizdraht hindurchgezogen ist (Fig. 3 und 4). Dieser Hilfsdraht kann von relativ grossem Durchmesser sein und kann auch sehr stark in Anspruch genommen wer den, da er während des weiteren Betriebes der Röhre ja ausser Wirkung gesetzt wird. Er braucht somit nur eine ganz kurze Lebens dauer aufzuweisen. Ein .solcher Draht kann infolge seiner Dimensionen bereits mit der üblichen niedrigen Spannung von 5 bis 20 Volt auf diejenige Temperatur gebracht wer den, welche erforderlich ist, um das Entgasen der Kathode rasch und bequem durchzu führen.
Auch das Altern einer derartigen Röhre mit dem Hilfsheizdraht ist infolge der raschen Erreichung sehr hoher Temperaturen leicht durchzuführen.
Der Hilfsdraht kann hierbei mit sepa raten Herausführungen versehen sein oder auch mit der eigentlichen Heizspirale an die gleichen Herausführungen angeschlossen wer- den. Im letzten Falle wird er nach Be endigung des Alterungsprozesses auf irgend einem Wege ausser Wirksamkeit gesetzt.
In Fig. 3 und 4 ist die Unterbringung eines derartigen Hilfsdrahtes f innerhalb einer durch einen Isolierkörper ausgefüllten Glühkathode dargestellt. Der Isolierkörper hat dann neben. den für die Heizdrahtspiralen erforderlichen Kanälen noch einen weiteren zentralen Kanal g, durch den der Hilfsdraht hindurchgezogen ist.
Gegebenenfalls kann der Hilfsdraht fauch an besondere Heraus führungen angeschlossen werden und per manent in der Röhre bleiben, so dass es mög lich ist, eine Entladungsröhre dieser Art mit zwei verschiedenen Spannungen, mit der Netzspannung sowohl, wie mit einer nie drigen Spannung wahlweise zu betreiben.
In Fig. 7 ist ferner eine weitere Ausfüh rungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher die Kathode aus einem Kerndraht lt besteht, auf welchem die Emissionsschicht aufgetragen ist und der zu einer Drahtspirale mit eng beieinanderliegenden Wicklungen gewickelt wurde. Innerhalb dieser Draht spirale befindet sich wieder der Isolierkörper mit den Kanälen, welche für die Durchfüh rung des Heizdrahtes dienen. Ein eigener Hilfsdraht ist hier jedoch nicht vorgesehen, da der Draht der Spirale als .solcher verwend bar ist. Er wird zu diesem Zwecke zu ent sprechenden Herausführungen geführt.
Wäh rend des Ausheizens und Alterns der Röhre wird daher die Oxydkathode direkt geheizt, und zwar auf jene hohe Temperatur, welche für diesen Vorgang erforderlich ist. Nach Beendigung des Herstellungsvorganges im Betriebe kann dann eine indirekte Heizung mit Hilfe der spiralisierten Heizdrähte er folgen.
Es ist auch möglich, die Dimensio- nierung so zu treffen, dass eine wahlweise Heizung der Röhre, sei .es aus dem Netz, sei es mit Hilfe von Akkumulatoren geringer Spannung, erfolgen kann, so dass die Röhre nach Wahl sowohl als direkt, als auch als indirekt beheizte Röhre bei verschiedeneu Spannungen verwendet werden kann.
Indirectly heated hot cathode for discharge tubes. The indirect heating of discharge tubes allows the use of electrical currents of any type and type and therefore the use of any power source, regardless of the operation of the tube. It has already been proposed to produce such tubes for operation with those voltages that are actually available to the consumer, such as the usual Netzspan voltages.
However, these proposals for floch voltage heating have hardly found their way into practice, probably because they could not meet the requirements in terms of economy, service life and start-up time when commissioning the tube, which are to be made in today's standard systems of indirect cathode heating where the low-voltage heating current is either drawn from special power sources or generated by transforming the mains current.
The invention is intended to create a free indirect Ka method heating from the network from the deficiencies just mentioned, for which purpose the heating wire is dimensioned such that it can be connected directly to a high voltage.
In this patent, high voltage is to be understood as a voltage which is large compared to the usual heating voltage of 2 to 6 volts, preferably one of the usual Liohtnetz voltages. The heating wire of great length is therefore housed together with insulating material within the emitting layer of the cathode using the cross section of the cathode in such a way that with a power consumption of the order of magnitude of a few watts, at least 1 watt of heating power on 1 = effective cathode surface omitted.
With this design of the tube, no change to the usual structure of the electrode tube is required. However, you have to take special precautions to accommodate the existing large heating wire length in the space within the cathode, which can be achieved in that the wires are continuously spiraled in a manner known per se and by guiding the spiraled wire back and forth in a meandering shape Windings are concentrated within the hot cathode.
With this arrangement, the heating drum only needs to be heated to a low temperature, which is of great importance for the service life of the tube. In this case, only relatively small voltage differences occur between the individual sections of the heating wire, so that to prevent short circuits between these wire sections it is sufficient to choose the insulating layers between the sections as weak as possible, which again has the beneficial effect of
that the heat capacity of the cathode body becomes very small and the cathode reaches its operating temperature after a relatively short start-up time when using the usual low energy values. However, this also enables the filament to be arranged in such a concentrated manner that the high voltage applied to it is not noticeable both capacitively and inductively.
These measures prove to be particularly effective in terms of accommodating the great length of wire that is required here, they also allow an economical distribution, but in particular a concentration of the heat and thus create very favorable heating conditions.
By taking advantage of this fact, the heating wire temperature can be brought to a minimum, which is no longer very high above the temperature required for the hot cathode itself, by heating within the limits of the voltage on the one hand and the heating that is still permissible for continuous operation of the heating wire, on the other hand, certain limits select the wire dimensions in such a way that the heating takes place at the temperature that is still sufficient for the wire distribution provided to keep the hot cathode at the desired temperature. The service life of the wire increases significantly.
In some cases it proves to be advantageous to manufacture the hot cathode of a discharge tube from independent individual parts, which are connected in parallel to one another, while the sections of the spiral heating wires passed through these parts are connected in series. In this way it is possible to create favorable emission and heating conditions even with very high heating voltages.
It is also known that during the production operation of the hot cathodes during the so-called bakeout and aging, the cathode must be heated to very high temperatures. If the heating wire were then heated to such high temperatures, its service life would be significantly shortened.
In order to obtain the advantages that are made possible by the invention in terms of extending the service life of the heating wires, in addition to the spiraled wire, a single ordinary heating wire can also be housed within the hot cathode, which can be provided with separate outlets and the is dimensioned in such a way that with the usual low voltage it already generates the high temperature of the emission carrier (about 1200-1400) required during manufacture. Once the lamp has been completed, this wire is then superfluous; it can therefore also be considerably overheated because its functional life is only short.
However, the wire can also be dimensioned in such a way that the tube can alternatively or alternatively be heated with low voltages during operation, so that, for example, a tube is obtained that can be heated both from the mains and by accumulators. The heating required during the manufacturing operation (such as the heating of the tube or the aging of the cathode) can, however, also be done in another way without stressing the heating wire.
Instead of a metal tube coated with an emissive layer, a wire spiral provided with an emissive layer can be used, which is directly heated for the purpose of heating to high temperatures by passing the current used for heating through the wire spiral. After completion of the tube during operation, however, the heating takes place through the heating element housed within the spiral. In this case, too, suitable leads can be used to ensure that the tube, if necessary, alternatively with two different voltages or during operation. can be operated once as a direct, once as an indirectly heated tube.
Such incandescent cathodes can be used wherever indirectly heated incandescent cathodes are provided, in particular in fluorescent tubes and similar discharge tubes.
The invention is shown in several exemplary embodiments in the drawing, namely Fig. 1 and 2 show an embodiment of a hot cathode, in which a cylindrical tube coated with an emitting layer is heated by a spiraled and repeatedly reciprocated wire with each section located within a separate insulating tube.
3 and 4 show a Ausfüh approximately form of the subject invention, in which the individual sections of the heating wire extend within channels of a kera mix insulating body that fills the cavity of the hot cathode. At the same time, the laying of an auxiliary wire next to the heating wire is shown in these figures, for example.
5 and 6 show an embodiment of the hot cathode in which the emission layer is carried by a box-shaped carrier extending essentially in two planes. In this embodiment, the heating wire is also laid within the channels of a ceramic insulating body which fills the cavity of the box.
7 shows a further embodiment of the hot cathode with an insulating body, similar to that in FIGS. 3 and 4, in which, however, the actual cathode consists of a spirally wound wire on which an emissive coating layer is applied. Fig. 8 shows a further embodiment in a greatly enlarged section.
The shown in Figures 1 and 2, indirectly heated cathode consists of a hollow cylindrical nickel tube a, which carries an emissive layer, which is heated by a heating wire b located inside the tube. This heating wire is, as explained earlier, of so great length that its resistance is sufficient to deliver the desired heating power at the desired, not too high temperature at relatively high voltages.
For the crowded accommodation of this wire length within the space enclosed by the surface to be heated, the heating wire is continuously spiraled and guided back and forth over this in the illustrated Ausführungsbei game in four meandering turns inside the hollow cylindrical cathode. Each section of the meandering to and fro lies within a special insulating tube c, and all four insulating tubes are arranged within the hollow cylindrical cathode in such a way that they fill the cavity as evenly as possible.
Instead of laying the heating wire in insulating tubes, it can even be provided with a layer of isolating the mass like the enamel wires. For example, the spiral can be sprayed with a coating of ceramic material with a suitable binding agent and, after reaching a sufficient layer thickness, annealed, whereby the wire receives a corresponding coating, which is formed in the multiple spiral used in such a way that it simultaneously prevents deformation of the spiral.
The coating layer can also consist of pure, annealed aluminum oxide, zirconium oxide or a similar material, which is applied in the same way.
The embodiment according to FIGS. 3 and 4 differs from the embodiments just described enclosed in that BEZW instead of the individual insulating tubes. instead of the insulation .der wire spirals, a single ceramic insulating body has been used, which fills the entire interior of the hollow cylindrical cathode tube. This insulating body has a number of channels (four channels in the exemplary embodiment according to FIGS. 3 and 4) through which the Ileiz- wire spirals are passed.
The following exemplary embodiment shows that a sufficient length of the filament can be accommodated within the hot cathode with a corresponding thickness of the wire: For example, the hot cathode is to be connected to a lighting network of 110 volts. The cathode consists of a nickel tube with a clearance of around 3 mm and a length of around 30 mm (which corresponds to the usual dimensions). In this case, a heating coil is used, which consists of tungsten wire, which has a diameter of 0.02 mm. The heating wire length mentioned, which in this case it is required, is 17-0 cm.
A wire with a smooth length of 170 cm is easily twisted into a wire spiral which, depending on the diameter of the coil, has a length of 80-140 mm from end to end. This length of a coiled wire can easily be accommodated within the space enclosed by the incandescent cathode if the coiled wire is guided back and forth through the hollow space at most four times.
If the voltage is 220 volts, exactly the same coiled heating wire can suffice. In this case, two hot cathode tubes are arranged next to each other and connected in parallel, while the heating wires housed in them are connected in series.
It should be noted in this connection that it can also prove advantageous in various cases to use several cathodes with heating filaments connected in series, these cathodes being part of one and the same electrode system or of several different electrode systems.
It is thus possible to use the usual mains voltages as heating voltages without any difficulty with normal wire and hot cathode dimensions.
The wire length of the filament can, as explained earlier, be selected such that the heating wire is brought to the lowest possible temperature in order to achieve the longest possible service life of the wire spiral. In this case, the total length of the heating wire is probably lengthened compared to the length that is only with regard to the voltage BEZW on the heating wire temperature still to be permitted for continuous operation would be required.
As a result of the even distribution of the heating wire over the area and due to the concentration of heat that can be achieved here, as well as the favorable heat transfer conditions, it is possible to bring the emission layer to the required temperature of 700 to 1000 using a wire that does not itself is heated very high above this temperature. Even with very thin wires, it is possible to use a heating power that is at least about 1 watt per cm2 of cathode surface, usually considerably more.
Only above this limit, however, can the most favorable, that is to say the lowest temperature of the stimulus thread be achieved during operation. Another step on the way to improve the economy and service life of the tubes by reducing the irritant wire temperature as much as possible, is to make the arrangement so that no more of the energy supplied to the heating wire on the way to the emission layer is lost than is unavoidable in view of the insulation required between the heating wire and the hot cathode.
The procedure here is that the heating wire and the cathode metal are arranged as close to one another as possible with regard to the required insulation, for which purpose the cathode metal is applied directly to the insulating layer surrounding the heating wire and, moreover, this insulating layer between the heating wire and cathode metal is kept as thin as possible.
In the case of cathodes to be indirectly heated with low voltage, it has already been proposed that the cathode metal be applied directly to the insulating body surrounding the radiator, but of course not for the purpose of being able to lower the heating wire temperature, since this temperature is used for the service life of the low-voltage heating The thick wires used practically hardly play a role.
In the case of high-voltage cathodes, on the other hand, where even slight reductions in the heating wire temperature are very important, this measure has the effect of considerably increasing the service life of the tube. 'However, the desired effect is not fully achieved by this measure alone, but rather only by keeping the insulating layer between the heating wire and the cathode metal at the lowest permissible thickness.
For example, in the embodiment shown in FIGS. 3 and 4, the channels of the insulating body c are to be arranged so that the heating wires come to lie as close as possible to the outer surface of this insulating body, so that as little as possible of the heat developed by the heating wires for heating of the insulator is lost.
The cathode metal is not pushed onto this insulating body, as previously described, in the form of a tube made for itself, with a heat-insulating space between the insulating body and cathode metal, but applied directly where one of the known methods can be used. Such methods include spraying the metal using a spray gun, vapor deposition, electrolytic metal application, the method of cathode atomization, etc.
This gives an intimately connected with the insulating layer and therefore firmly adhering to this carrier layer for the emission material, which can be kept much thinner than the aforementioned cathode tube and already takes due to a smaller heating energy to claim. If necessary, the thickness of the cathode metal layer can be reduced to the lower limit at which this layer just forms a cohesive surface in all its places.
A particularly favorable embodiment for achieving a very low heating wire temperature is shown in FIG. 8 in a greatly enlarged cross section. In this case, no special ceramic insulating body is used, but the heating wire b itself carries an insulating coating layer c 'in the manner already described, which in turn carries a coating a' made of the cathode metal. The emission layer (not shown) is then still located on this carrier layer a '.
As can be seen, with a cathode incandescent body formed in this way, the energy to be used to heat the emission layer is fed to this layer with almost no losses, so that the heating wire temperature only needs to differ insignificantly from the temperature of the emission layer. This advantageous arrangement also significantly reduces the heating time required.
The Ausfüh shown in Fig. 5 and 6 approximate shape of the cathode shows a box-shaped body; which is particularly suitable for use in connection with box-shaped tube structures. In this case, an approximately narrow rectangular insulating body adapted to the box shape is provided within the box, which allows a large number of channels, in the present embodiment eight channels are provided, to accommodate. The coiled heating wire is then guided back and forth within these channels.
Such a hot cathode is mainly used for high voltages.
The BEZW during the manufacturing operation of the hot cathode. The high temperature of the incandescent cathode required of the discharge tube, which is used in particular during the so-called bake-out and aging of the incandescent cathode and which is between 1200 and 1400, takes into account the service life of the filament, which is to be increased as much as possible best not supplied by this.
Rather, such a high temperature is generated with the help of a special auxiliary filament f, which is pulled through the cathode tube a next to the actual heating wire (FIGS. 3 and 4). This auxiliary wire can be of a relatively large diameter and can also be used very heavily, since it is ineffective during the further operation of the tube. It therefore only needs to have a very short life. Such a wire can, due to its dimensions, be brought to the temperature at the usual low voltage of 5 to 20 volts, which is necessary to quickly and easily perform degassing of the cathode.
The aging of such a tube with the auxiliary heating wire is also easy to carry out because very high temperatures are reached quickly.
The auxiliary wire can be provided with separate lead-outs or can also be connected to the same lead-outs with the actual heating coil. In the latter case, after the aging process has ended, it is somehow disabled.
In Fig. 3 and 4, the accommodation of such an auxiliary wire f is shown within a hot cathode filled with an insulating body. The insulator then has next. the channels required for the heating wire spirals have another central channel g through which the auxiliary wire is drawn.
If necessary, the auxiliary wire can also be connected to special leads and remain permanently in the tube, so that it is possible to operate a discharge tube of this type with two different voltages, with the mains voltage as well as with a low voltage.
In Fig. 7 a further Ausfüh approximately form of the invention is also shown, in which the cathode consists of a core wire lt, on which the emission layer is applied and which was wound into a wire spiral with closely spaced windings. Inside this wire spiral is again the insulator with the channels, which are used for the implementation of the heating wire. A separate auxiliary wire is not provided here, however, since the wire of the spiral can be used as such. For this purpose, he will be led to appropriate lead-outs.
During the bake-out and aging of the tube, the oxide cathode is therefore heated directly to the high temperature required for this process. After completion of the manufacturing process in the company, indirect heating with the help of the spiral heating wires can then follow.
It is also possible to dimension the tube so that optional heating of the tube, be it from the mains, be it with the help of low-voltage batteries, so that the tube can be used either directly or directly can also be used as an indirectly heated tube at different voltages.