Elektrisches Entladungsgefäss mit Glühkathode. Die Erfindung betrifft elektrische Ent ladungsgefässe mit Glühkathode, insbesondere mit Gras- oder Dampffüllung, und vornehm lich solche Entladungsgefässe, bei denen der Gasdruck eine Grösse von etwa 1 mm bis '/"ooo mm besitzt, die Gasfüllung im wesent lichen lediglich zur Neutralisation der Raum ladungen dient und die Spannung zwischen Anode und Kathode kleiner gehalten wird als die Zerstäubungsspannung, das heisst die Spannung, bei der die positiven Ionen eine solche Energie erhalten,
dass mit einer Zer störung der emittierenden Schicht gerechnet werden muss.
Gemäss der Erfindung besteht der Träger der emittierenden Schicht der Kathode aus mehreren übereinander gereihten '.feilen.
Vorzugsweise ist der Erfindungsgegen stand anzuwenden, wenn es sich um indirekt geheisste Kathoden handelt.
Die Abbildungen zeigen einige Ausfüh rungsmöglichkeiten der Erfindung. - In der Abb. 1 ist 1 ein elektrisches Ent ladungsrohr, an dessen Enden die Einstül- pungen 2 und 3 sind. Die obere Einstülpung ist durch die zurückgehende Einstülpung 4 geschlossen. Diese Einstülpung 4 enthält die Einschmelzstelle des Anodenträgers 15. Die Anode selbst ist ein zylindrischer Graphit körper und ist in der Abbildung nicht zu sehen. Auf die Verschmelzung zwischen den Einstülpungen 2 und 4 ist die Glasmuffe 5 aufgeschmolzen.
Diese Muffe geht in das Röhrchen 7 über. Dieses Röhrchen 7 sitzt ziemlich eng über dem Anodenträger 15 und verhindert die Ausbildung von Entladungen im Bereich der Einschmelzstelle des Anoden trägers 15. Über die Muffe 5 ist eine Schraubklemme 10 gezogen, die das Gitter 8 trägt. Das Gitter 8 reicht weiter gegen die Kathode 16 ass die Anode. Es ist zweck mässig siebartig und besteht aus oxydiertem Nichrome (80% Ni, 20% Cr). Seine Span nung erhält es durch eine seitliche Einf üh- rung 11.
Der Abstand zwischen den Ein- schmelzungen von 11 und 15 ist gross genug, um Überschläge zu verhindern. Das Gitter 8 trägt an seinem geschlossenen Ende mit- telst einiger Stäbe den -Zündring 12. Dieser Zündring sitzt dicht vor der Kathode. Er verringert die Zündspannung und schirmt die Entladung gegen den Einfluss der Wand aufladungen ab. Das Gitter 8 trägt ferner einen metallischen Ring 14, der die Aufgabe hat, die Ausbreitung der Enthaltung in den obern Teil der Röhre zu verhindern.
Die Kathode 16 wird von einem Ring 18 mittelst der Stützen 17 getragen. Der Ring 18 ist auf der Einstülpung 3 befestigt. Diese Einstülpung 3 enthält die Einschmelzstellen der Kathodenzuführungen 32. An den Ka- thodenzuführungen: 32 sind Wärmeschutz- schilder 19 befestigt.
Der Aufbau der Kathode 16 ist in der Abb. 2 gezeigt. Die Kathode ist indirekt ge- heisst. Zur Heizung dient zweckmässig eine Wolframspirale 20, die von einem isolieren den Stabe 21 (zum Beispiel Tonerde) getragen wird. Das obere Ende der Heizvorrichtung steckt in dem Metallblock 22, .der die Flan sche 23 trägt. Diese Flansche trägt mehrere Kappen 24, die durch Metallringe 25 aus einandergehalten und durch Schrauben 26 be festigt sind. Die Kappen 24 gehen eng über eine entsprechende Anzahl von offenen, mit Durchbohrungen versehenen Zylindern 28, die durch angenietete Ringe 29 auseinander gehalten werden.
Die untern Enden der Zy linder 28 sind durch Metallkappen 30 ge schlossen, deren unterste einige biegsame Kabel 31 trägt, die zu den Zuführungen 32 führen. Eine ähnliche Verbindung (auch mit 31 und 32 gezeichnet) führt zu dem untern Ende der Heizvorrichtung. Das untere Ende des Isolators 21 ruht auf dem Block 33 aus Isoliermaterial (zweckmässig aus Glas) und wird durch den umgebogenen Draht 34 daran festgehalten. Der Draht 34 dient als starrer Kern des Isolators 21 und ist oben im Block 22 befestigt.
Der Block 33 geht durch die übereinanderliegendenÖffnungen der Kap pen 30 hindurch und ruht auf der untersten Platte. Er hat Durchbohrungen für den Draht 34 und für die Stromzuführung des Glühdrahtes 20. Falls das obere Ende des Glühdrahtes 20 an den Block 22 angeschlos sen ist, dienen die Zylinder 28 und die daran angeschlossenen Zuführungen als andere Zu leitungen für den Heizstrom.
Die Kathode selbst setzt sich aus meh reren Metallscheiben 35, wie sie Abb. 3 zeigt, zusammen. Die Scheiben 35 bestehen aus einem flachen Teil mit einer innern Öff nung und einem einmal abgesetzten Ring 36. Sie sind aus einem Stück hergestellt. Der Ring 36 besteht aus dem weiteren Teil 38 und dem engeren Teil 37, deren Durchmes ser derart gewählt sind, dass beim Aufein- andersetzen der Scheiben der Ring 37 der einen Scheibe in den Ring 38 der andern hineingreift und die Stufe als Stütze dieser andern Scheibe dient. Die Scheiben sind fer ner mit .drei kleinen Löchern 39 versehen, durch die nach dem Zusammensetzen Bolzen 40 hindurchgeschoben werden.
Hohle Zwi- schenlegescheiben 41 halten die Scheiben 35 auseinander. Die Bolzen 40 sind unten durch Muttern 42 an den Kappen 30 befestigt. Alle innern Teile der Kathode, insbesondere die Scheiben 35, sind mit einem Material niedriger Elektronen-Austrittsarbeit (zum Beispiel Barium-Carbonat) bedeckt.
Nach dem Zusammenfügen des Kathoden körpers bilden die Ringe 36 der Scheiben 35 einen Zylinder, der den Glühdraht 20 um gibt. Dieser Zylinder hat nur die doppelte Wandstärke der Scheiben. Da ausserdem Ringe und Scheiben jedesmal aus einem Stück sind, ist das Temperaturgefälle vom Glühdraht zum äussern Scheibenrand nicht zu gross. Durch die Zylinder 28 wird auch der Strahlungsverlust der Kathode klein ge halten.
Diese Ausführung der Kathode zeichnet sich dadurch aus, dass alle Teile leicht in Massenfabrikation hergestellt werden kön nen, dass die Zusammensetzung einfach ist und dass die einzelnen Teile zur Reparatur leicht auseinandergenommen werden können.
Die durch Abb. 4 gezeigte Kathodenform ist in ihrem Aufbau einfacher als die Ka- thode nach Abb. 2. Sie besteht aus einem glatten, zylindrischen Rohr 56, das die Heiz- spirale 58 umgibt. Auf diesem Rohr sind durch Schweissungen oder in einer andern dauerhaften Weise die Scheiben 55 befestigt. Diese Bauart hat zwar den Vorzug der Ein fachheit, hat aber gegenüber der erstgenann ten Konstruktion den Nachteil, dass die ein zelnen Teile bei einer Reparatur nicht aus gewechselt werden können.
Die Heizzufüh- rung erfolgt auf der einen Seite durch eine Einschmelzung des Glasisolators 59, auf der andern Seite von der Kathode selbst. Der Glasisolator 59 ist in die Muffe 50 einge schmolzen, die ebenfalls das Kathodenrohr 56 trägt. Dieser Kathodenhalter 50 ist mit- telst des Glasrohres 51 und des Metallrohres 52 an das Entladungsgefäss 43 angeschlossen.
Wird die Heizvorrichtung gänzlich von der Kathode isoliert, so ist es möglich, den Glas kolben durch ein metallenes Entladungsgefäss, wie es bei Grossgleichrichtern üblich ist, zu ersetzen und mit der Kathode direkt zu ver schweissen. Abb. 5 zeigt dieselbe Ausführungsart der Kathode wie in Fig. 2 und lässt insbesondere die Kathodenträger 17 erkennen. Diese sind zur Verringerung der Metallmasse hohl aus- g eführt.
Abb. 6 zeigt eine etwas andere Ausfüh- rungsart der Elektroden. Die Kathoden träger 17 dienen direkt als Stromzuführer und führen nicht zum Ring 18, sondern sind in die Verschmelzungen 13 eingeschmolzen. Der Ring 18 trägt jetzt mittelst der Stäbe 61 das Gitter.
Diese Stäbe 61 schirmen die Kathode 16 gegen die elektrischen Aufla.dun- gen der Röhrenwand ab, haben also dieselbe Bedeutung wie der Zündring 12 der Abb. 1. Diese Stäbe ermöglichen aber gleichzeitig die Spannungszuführung zum Gitter von der Kathodenseite. Da die .Spannungsdifferenz zwischen Gitter und Kathode klein ist, wird dadurch die Gefahr eines Überschlages herab gesetzt.
Das Entladungsrohr kann hochevakuiert werden oder mit einer Gas- oder Dampffül- lung benutzt werden. Da die beschriebenen Kathoden besonders zur Verwendung in Starkstromentladungsgefässen geeignet sind, wird man zweckmässig das Gefäss mit Gas oder Dampf von einem Druck zwischen 1 und ljlooo mm Quecksilber füllen. Es ist auch möglich, die beschriebenen Elektroden in ein metallisches Gehäuse nach Art der Quecksilberdampf-Grossgleichrichter einzu bauen.
Die Kathode bezw. die mit der emittie renden Schicht bedeckte Fläche (Schicht träger) kann so gross ausgebildet werden, dass sie imstande ist, den gesamten Betriebsstrom praktisch als reinen Elektronenemissions- strom zu ;liefern. Durch geeignete Anbrin- gung des Strahlungsschutzes um die Kathode herum kann die Heizleistung möglichst ge ring gehalten werden. Die Herstellung auch grossflächiger Kathoden ist sehr einfach und ohne weiteres für die Massenfabrikation ge eignet.
Bei den dargestellten und beschriebenen Beispielen ist eine Herausnahme der Elek troden aus dem Entladungsgefäss durch ein faches Lösen der mechanischen Verbindung ermöglicht, und auch Teile der Elektroden sind auch ohne weiteres zugängig gemacht. Auch die Herstellung des Entladungsgefässes kann sehr einfach und zweckmässig erfolgen, da zunächst die Kathode ganz und gar für sich hergestellt und dann bequem auf dem dafür vorgesehenen Glasfuss angebracht wer den kann.
Electrical discharge vessel with hot cathode. The invention relates to electrical Ent discharge vessels with a hot cathode, in particular with grass or steam filling, and especially those discharge vessels in which the gas pressure has a size of about 1 mm to '/ "ooo mm, the gas filling in wesent union only to neutralize the space charges and the voltage between anode and cathode is kept lower than the sputtering voltage, i.e. the voltage at which the positive ions receive such energy,
that a destruction of the emitting layer must be expected.
According to the invention, the carrier of the emitting layer of the cathode consists of several files arranged one above the other.
Preferably, the subject matter of the invention is to be used when it comes to indirectly called cathodes.
The figures show some options for implementing the invention. - In Fig. 1, 1 is an electrical discharge tube with indentations 2 and 3 at the ends. The upper indentation is closed by the receding indentation 4. This indentation 4 contains the melting point of the anode carrier 15. The anode itself is a cylindrical graphite body and cannot be seen in the figure. The glass sleeve 5 is melted onto the fusion between the indentations 2 and 4.
This sleeve merges into the tube 7. This tube 7 sits fairly closely over the anode carrier 15 and prevents the formation of discharges in the area of the melting point of the anode carrier 15. A screw terminal 10, which carries the grid 8, is pulled over the sleeve 5. The grid 8 extends further against the cathode 16 as the anode. It is conveniently sieve-like and consists of oxidized nichrome (80% Ni, 20% Cr). It gets its tension from a side entry 11.
The distance between the melts at 11 and 15 is large enough to prevent flashovers. The grid 8 carries the ignition ring 12 at its closed end with a few rods. This ignition ring is located close to the cathode. It reduces the ignition voltage and shields the discharge from the influence of wall charges. The grille 8 also carries a metallic ring 14 which has the task of preventing the abstention from spreading into the upper part of the tube.
The cathode 16 is carried by a ring 18 by means of the supports 17. The ring 18 is attached to the indentation 3. This indentation 3 contains the melting points of the cathode feeds 32. Heat protection shields 19 are attached to the cathode feeds: 32.
The structure of the cathode 16 is shown in FIG. The cathode is called indirect. A tungsten coil 20, which is carried by an isolate rod 21 (for example alumina), is used for heating. The upper end of the heater is in the metal block 22, .der the flange 23 carries. These flanges carries several caps 24 which are held together by metal rings 25 and fastened by screws 26 BE. The caps 24 closely fit over a corresponding number of open cylinders 28 provided with through bores which are held apart by riveted rings 29.
The lower ends of the cylinder 28 are closed by metal caps 30, the lowest of which carries some flexible cables 31 which lead to the leads 32. A similar connection (also shown at 31 and 32) leads to the lower end of the heater. The lower end of the insulator 21 rests on the block 33 made of insulating material (expediently made of glass) and is held thereon by the bent wire 34. The wire 34 serves as the rigid core of the insulator 21 and is attached at the top in the block 22.
The block 33 passes through the superimposed openings of the caps 30 and rests on the lowermost plate. He has through holes for the wire 34 and for the power supply of the filament 20. If the upper end of the filament 20 is ruled out to the block 22, the cylinder 28 and the leads connected to it serve as other lines for the heating current.
The cathode itself is made up of several metal disks 35, as shown in Fig. 3, together. The discs 35 consist of a flat part with an internal opening and a stepped ring 36. They are made in one piece. The ring 36 consists of the further part 38 and the narrower part 37, the diameters of which are selected such that when the discs are placed on one another, the ring 37 of one disc engages in the ring 38 of the other and the step as a support for this other disc serves. The disks are also provided with .drei small holes 39 through which bolts 40 are pushed after assembly.
Hollow intermediate disks 41 hold the disks 35 apart. The bolts 40 are fastened to the caps 30 at the bottom by nuts 42. All inner parts of the cathode, in particular the disks 35, are covered with a material with a low electron work function (for example barium carbonate).
After the assembly of the cathode body, the rings 36 of the disks 35 form a cylinder which is the filament 20 to. This cylinder only has twice the wall thickness of the disks. In addition, since the rings and discs are always made from one piece, the temperature gradient from the filament to the outer edge of the disc is not too great. The cylinder 28 also keeps the radiation loss from the cathode small.
This type of cathode is characterized in that all parts can easily be mass-produced, that the assembly is simple and that the individual parts can easily be disassembled for repair.
The cathode shape shown in FIG. 4 has a simpler structure than the cathode according to FIG. 2. It consists of a smooth, cylindrical tube 56 which surrounds the heating coil 58. The disks 55 are attached to this tube by welds or in some other permanent way. Although this type of construction has the advantage of simplicity, it has the disadvantage compared to the first-named construction that the individual parts cannot be replaced during a repair.
The heating is supplied on the one hand by a fusing of the glass insulator 59, on the other hand by the cathode itself. The glass insulator 59 is fused into the sleeve 50, which also carries the cathode tube 56. This cathode holder 50 is connected to the discharge vessel 43 by means of the glass tube 51 and the metal tube 52.
If the heater is completely isolated from the cathode, it is possible to replace the glass bulb with a metal discharge vessel, as is customary with large rectifiers, and to weld it directly to the cathode. FIG. 5 shows the same type of embodiment of the cathode as in FIG. 2 and shows in particular the cathode supports 17. These are made hollow to reduce the metal mass.
Fig. 6 shows a slightly different type of electrode design. The cathode carriers 17 serve directly as a power supply and do not lead to the ring 18, but are fused into the fusions 13. The ring 18 now carries the grid by means of the bars 61.
These rods 61 shield the cathode 16 from the electrical charges on the tube wall, so they have the same meaning as the ignition ring 12 in FIG. 1. However, at the same time, these rods enable voltage to be supplied to the grid from the cathode side. Since the voltage difference between the grid and the cathode is small, this reduces the risk of flashover.
The discharge tube can be evacuated to a high level or used with a gas or steam filling. Since the cathodes described are particularly suitable for use in high-voltage discharge vessels, it is expedient to fill the vessel with gas or steam at a pressure between 1 and 1,000 mm of mercury. It is also possible to build the electrodes described in a metallic housing in the manner of large-scale mercury vapor rectifiers.
The cathode respectively. the surface (layer carrier) covered with the emitting layer can be made so large that it is able to supply the entire operating current practically as a pure electron emission current. By suitably fitting the radiation protection around the cathode, the heating output can be kept as low as possible. The production of large-area cathodes is very simple and suitable for mass production without further ado.
In the examples shown and described, it is possible to remove the electrodes from the discharge vessel by simply releasing the mechanical connection, and parts of the electrodes are also readily accessible. The manufacture of the discharge vessel can also be carried out very simply and expediently, since the cathode can initially be produced entirely for itself and then conveniently attached to the glass base provided for it.