Entladungsröhre mit einer Gliihkathode und einer Menge in der Entladungesröhre enthaltenen flüssigen Materials. Die Erfindung bezieht sich auf,eine Ent- ladirrie;sröhre mit einer Glühkathode, vor- ziigsweise mit einer Oxydkathode, wobei die Entladung in einem dampfförmigen Mittel erfolgt. Dieses Mittel kann zum Beispiel (-biecksilberdampf sein (gegebenenfalls mit Gasen, zum Beispiel Argon, Neon, Helium gismiseht) ;
zu seiner Erzeugung befindet sich eine Menge flüssiges Material, in vorliegen dem Beispiel Quecksilber,, auf dem Boden der Entladungsröhre.
Solche Entladungsröhren werden zum Beispiel als Gleiehrichter für Wechselstrom oder als Relaisröhren verwendet.
Zur Erzielung der erforderlichen Dampf- erdwicklung muss das flüssige Material, zum Beispiel Quecksilber auf eine hinreichende Temperatur erhitzt werden, was am ein- faehsten dadurch erreicht wird, dass die Ka thode in dessen Nähe angeordnet wird. Dies hat aber den Nachteil, dass das Quecksilber durch das von der Kathode verdampfende Haterial stark verunreinigt wird. Falls zum Beispiel eine mit Bariumoxyd überzogene Glühkathode verwendet wird, so wird von der Kathode Barium abdampfen und mit dem Quecksilber eine Legierung bilden.
Nach einer gewissen Dauer wird infolge dessen der Dampfdruck bei der gegebenen Temperatur viel niedriger, als er sein würde, wenn reines Quecksilber vorhanden wäre, so dass sich die Eigenschaften der Entladungs röhre in unerwünschter Weise ändern.
,Gemäss der Erfindung wird dieser Nach teil in solcher Weise behoben, dass die Vor teile .der Bauart, bei der die Kathode in un mittelbarer Nähe des flüssigen Materials an geordnet ist (Kathodenschutz durch hohen Dampfdruck), beibehalten werden.
Dies wird -dadurch erzielt; dass die Glüh kathode in der unmittelbaren Nähe der Ober fläche des flüssigen Materials angebracht ist, aber durch eine mit Öffnungen versehene Wand davon getrennt ist, derart, dass der ent wickelte Dampf im wesentlichen durch diese Öffnungen, die Kathode bestreichend, ent weicht.
Zweckmässig wird die Kathode zu diesem Zweck in einem Behälter untergebracht, des sen Seite, aus der die Entladung heraus tre ten soll, offen ist, wobei in den Seitenwänden. Öffnungen zum Einströmen des Dampfes, also zum Beispiel des Quecksilberdampfes angebracht sind. Oberhalb dieser Öffnungen ist der Behälter zweckmässig mit einem Ring mantel verbunden, der den direkten Weg vom Entladungsraum zu der Quecksilberoberfläche in der Hauptsache abschliesst. Einerseits ist auf diese Weise eine vollkommene Trennung zwischen der Kathode und dem flüssigen Quecksilber vorhanden, und anderseits wird der Vorteil beibehalten, dass die Kathode sich unmittelbar im Quecksilberdampfstrom, also in einem Raum mit verhältnismässig hoher Quecksilberdampfdichte befindet.
Dieser Druck erhält bei der eben erwähnten Ausfüh rungsform der Röhre sogar einen höheren Wert als sonst möglich ist, da annähernd der gesamte entwickelte Quecksilberdampf in einen verhältnismässig engen Raum unmittel bar um die Kathode hereinströmt. Obgleich sich die Kathode etwas über dem Quecksilber befindet, wird bei der Kathode praktisch der gleiche Dampfdruck wie unmittelbar an der Quecksilberoberfläche bestehen. Wenn hin gegen der Weg des Quecksilberdampfes sich bereits gerade bei der Quecksilberoberfläche erweitern würde, so würde dies auch unmit telbar eine starke Ausdehnung des Queck silberdampfes und eine entsprechende Ver ringerung der Dampfdichte herbeiführen.
Ein Dampfdruck von wenigstens ungefähr 0,1 mm kann auf diese Weise im angenommenen Kathodenbehälter sehr leicht erzielt werden. Der Entladungsröhre selbst kann eine grosse Kühlfläche gegeben werden, oder zwischen den Kathodenraum und den Anodenraum kann ein besonderer Kondensationsraum von grösserem Durchmesser eingefügt werden, der durch enge Arme mit dem erstgenannten Raum in Verbindung steht.
Bei einem praktischen Auführungsbei- spiel eines Kathodenbehälters mit Ring mantel ist der letztgenannte, das Quecksilber von dem Entladungsraum trennende Mantel als ein Zylinder ausgebildet, der an einer oder mehreren Stellen einen geringeren Durch messer als die begrenzenden Teile der Wanil der Entladungsröhre hat, so dass das in der Entladungsröhre kondensierende Quecksilber die Möglichkeit hat, längs der Aussenseite dieses Zylinders zu dem Quecksilbervorrat zurückzufliessen. Der Behälter, in dem die Kathode angeordnet ist, wird dann durch eine Querwand des Zylinders gebildet.
Da die Kathode in einem Behälter angeordnet ist, kann sie der Quecksilberoberfläche näher gebracht werden, als es sonst möglich wäre, so dass eine sehr wirksame Dampfentwick lung entsteht. Der Boden des Behälters kann vorteilhaft in den Quecksilbervorrat ein getaucht werden, und es kann sogar der Be hälter soweit in das Quecksilber gesenkt wer den, dass sich die Kathode unterhalb der Oberfläche des ausserhalb des Behälters vor handenen Quecksilbers befindet.
Zur Erzielung einer zweckmässigen An ordnung ist bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung .der den Kathodenbehälter ent haltende Zylinder am untern Ende in einer tassenförmigen Vertiefung der Wand der Entladungsröhre angeordnet, die dann den Quecksilbervorrat enthält.
Zur Vermeidung baulicher Verwicklun gen ist es vorteilhaft, die Zuführungsdrähte für die Kathode an einem von der Kathode abgekehrten Ende in die Wand der Entla dungsröhre einzuschmelzen. Hierdurch er übrigt sich die isolierte Durchführung der Zuführungsdrähte durch den Quecksilbervor rat und durch die Wände des Kathoden behälters.
Der beispielsweise erwähnte Kathoden behälter kann an den Zuführungsdrähten der Glühkathode befestigt sein. Diese Zufüh rungsdrähte werden ziemlich lang ausfallen, aber um trotzdem eine feste Anordnung zu erhalten, kann man die tassenförmige, den Quecksilbervorrat enthaltende Vertiefung da- zu benutzen, an der Unterseite des den Ka thodenbehälter umschliessenden Zylinders Führungen anzuordnen, die an der Wand der tassenförmigen Vertiefung anliegen. Hier durch werden mögliche seitliche Bewegungen auf ein Minimum beschränkt.
In der Zeichnung sind zwei beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung dar gestellt.
Fig. 1 ist ein schematischer Schnitt durch das untere Ende einer Entladungsröhre mit einem darin angeordneten Kathodenbehälter; Fig. 2. zeigt eine vollständige Entladungs röhre, und zwar eine Gleichrichterröhre, wo bei der untere Teil im Schnitt mit einer ge- rinderten Ausführungsform des Kathoden behälters dargestellt ist.
Im untern Ende der Entladungsröhre 1 (Fig. 1) befindet sich ein Quecksilbervorrat 2, oberhalb dessen eine Kathode 3 angeordnet it. Die Kathode wird von einem Behälter 4 umschlossen, der auf der obern Seite, die der nicht dargestellten Anode zugekehrt ist, of fen ist. An dem Behälter ist .ein Ringmantel 5 festgeschweisst, der die Quecksilberober fläche von dem Entladungsraum trennt, aber einige Öffnungen 6 besitzt, durch welche das in der Entladungsröhre kondensierende Quecksilber zu dem Quecksilbervorrat 2 zu- t,üekfliessen kann.
Die Zuführungsdrähte 7 und 8 der Kathode 3 sind mittelst der Röhr chen 9 isoliert durch das Quecksilber und den Boden des Behälters 4 hindurchgeführt. Un terhalb des ringförmigen Mantels 5 sind im Behälter 4 Öffnungen 10 vorgesehen. Das von der Oberfläche verdampfende Queck silber kann nur durch diese Öffnungen 10 entweichen, und der gesamte entwickelte Dampf wird somit in den Raum um die Ka thode herum eingeführt, so dass dort ein ver hältnismässig hoher Dampfdruck entsteht, der der Kathode, die sonst durch Verdampfung und durch Aufprallen von Ionen aus der Entladung schneller verbraucht werden könnte, eine längere Lebensdauer sichert.
Zwischen der Wand der Entladungsröhre 1 und dem Ringmantel 5 verbleibt nur soviel Raum, dass das in der Entladungsröhre kon- densierte Quecksilber längs der Wände der Röhre wieder nach dem Quecksilbervorrat zurückfliessen kann.
In Fig. 2 sind die der Fig. 1 entsprechen den Teile mit den gleichen Bezugsziffern be zeichnet. Die Kathode 3 befindet sich hier in einem Behälter 4, dessen Boden 11 in das Quecksilber eingetaucht ist, so dass eine sehr starke Erhitzung des Quecksilbers stattfinden muss. Die sich an den Kathodenbehälter an schliessende Wand 6 ist hier zvlindrisch aus gebildet; trotzdem ist praktisch die ganze Oberfläche des Quecksilbervorrates 2: von dem Entladungsraum getrennt, da der Zylinder in einer tassenförmigen Vertiefung 12 steht, die das Quecksilber enthält.
Der Behälter 4 ist an der obern Seite mit einer Verlängerung 13 ausgestattet; welche das Quecksilber noch weiter vor von der Kathode zerstäubendem oder verdampfendem Material schützt, und ausserdem die Steigerung des Dampfdruckes in der Nähe der Kathode fördert.
Die Zuführungsdrähte 7 und 8 der Ka thode sind von Steatitröhrchen 14 umgeben und am gegenüberliegenden Ende 15 der Entladungsröhre eingeschmolzen. Um die Zuführungsdrähte in der richtigen gegen seitigen Entfernung zu halten, ist ein sich parallel zu ihnen erstreckender Metalldraht 16 zwischen .den Zuführungsdrähten angeord net, der Metallquerstützen 17 trägt, welche die Steatitröhrchen 14 umschliessen. Der Körper, von dem der Kathodenbehälter 4 einen Teil bildet, ist mittelst der Stützdrähte 18 gleichfalls an den Steatitröhrchen 14 be festigt.
Seitliche Verstellungen der Kathode werden dadurch vermieden, dass der damit verbundene Zylinder 6 in seiner Bewegung durch :die Wände der tassenförmigen Ver tiefung 12 begrenzt ist.
Zur richtigen Zentrierung dienen die Rol len 19, die drehbar auf Stützdrähtchen an geordnet sind, die an dem untern Ende des Zylinders -6 festgeschweisst sind.
Der Draht 16 ist an die Verlängerung 13 des Kathodenbehälters 4 geschweisst, so dass es möglich ist, bei Isolierung dieses Drahtes gegenüber den Kathodenzuführungsleitern an diesen Behälter ein bestimmtes Potential an zulegen. Der Draht 16 ist nämlich mit einem Zuführungsdraht 20 verbunden, der mittelst einer Einschmelzung 21 durch die Wand der Entladungsröhre 1 hindurchgeführt ist. Man kann zum Beispiel ein Potential an legen, das höher als das Kathodenpotential ist, und auf diese Weise den Behälter als Zündelektrode zur Einleitung der Haupt entladung benutzen.
Die Entladungsröhre 1 hat drei Arme, von denen in .der Figur nur zwei sichtbar sind. In jedem Arm ist eine Anode 22 an geordnet. Die Poldrähte dieser Anoden sind von Steatitröhrchen 23 umgeben. Zum wei teren Schutz der Stelle, an welcher der Zu führungsdraht und das Steatitröhrchen mit der Anode verbunden sind, ist das hintere Ende jeder. Anode von einem aus Metallgaze bestehenden Zylinder 24 umgeben, so dass die Wärme leicht ausgestrahlt werden kann, wo durch der Zylinder 24 zugleich als Schutz gegen Rückentladungen wirkt.
Sämtliche Metallteile in der Entladungs röhre, die mit Quecksilber in Berührung kommen können, bestehen zweckmässig aus einem Material, das vom Quecksilber nicht angegriffen wird, zum Beispiel Eisen oder Chromeisen. .Statt dessen können auch Me tallteile, zum Beispiel aus Kupfer oder Zink, Anwendung finden, die dann aber vorzugs weise mit einer Schutzbekleidung, zum Bei spiel einer Chromschicht, ausgestattet wer den.
An den Einschmelzstellen für die Ano den- und Kathodenzuführungsdrähte sind Chromeisenscheiben verwendet, deren Rän der an das Glas der Entladungsröhre an geschmolzen sind.
Discharge tube with a glow cathode and a quantity of liquid material contained in the discharge tube. The invention relates to a discharge tube with a hot cathode, preferably with an oxide cathode, the discharge taking place in a vaporous medium. This means can be, for example, mercury vapor (if necessary with gases, for example argon, neon, helium, gismiseht);
To produce it, there is a lot of liquid material, in the present example mercury, on the bottom of the discharge tube.
Such discharge tubes are used, for example, as rectifiers for alternating current or as relay tubes.
To achieve the necessary vapor ground development, the liquid material, for example mercury, has to be heated to a sufficient temperature, which is most easily achieved by placing the cathode in its vicinity. However, this has the disadvantage that the mercury is heavily contaminated by the material evaporating from the cathode. If, for example, a hot cathode coated with barium oxide is used, barium will evaporate from the cathode and form an alloy with the mercury.
After a certain period of time, as a result, the vapor pressure at the given temperature becomes much lower than it would be if pure mercury were present, so that the properties of the discharge tube change in an undesirable manner.
According to the invention, this disadvantage is remedied in such a way that the advantages of the design, in which the cathode is arranged in the immediate vicinity of the liquid material (cathode protection by high vapor pressure), are retained.
This is achieved by; that the incandescent cathode is mounted in the immediate vicinity of the upper surface of the liquid material, but is separated therefrom by a wall provided with openings, in such a way that the evolved vapor essentially passes through these openings, brushing the cathode.
For this purpose, the cathode is expediently housed in a container, the side of which is open, from which the discharge should tre out, and in the side walls. Openings for the inflow of the steam, so for example the mercury vapor are attached. Above these openings, the container is expediently connected to an annular jacket which mainly closes the direct path from the discharge space to the mercury surface. On the one hand, there is complete separation between the cathode and the liquid mercury, and on the other hand the advantage is retained that the cathode is located directly in the mercury vapor flow, i.e. in a room with a relatively high mercury vapor density.
In the above-mentioned embodiment of the tube, this pressure even has a higher value than is otherwise possible, since almost all of the mercury vapor developed flows into a relatively narrow space immediately around the cathode. Although the cathode is slightly above the mercury, the vapor pressure at the cathode will be practically the same as directly at the mercury surface. If, on the other hand, the path of the mercury vapor were to expand just at the mercury surface, this would also immediately lead to a strong expansion of the mercury vapor and a corresponding reduction in the vapor density.
A vapor pressure of at least approximately 0.1 mm can be achieved very easily in this way in the assumed cathode container. The discharge tube itself can be given a large cooling surface, or a special condensation space of larger diameter can be inserted between the cathode space and the anode space, which is connected to the first-mentioned space by narrow arms.
In a practical example of a cathode container with a ring jacket, the latter jacket separating the mercury from the discharge space is designed as a cylinder that has a smaller diameter at one or more points than the delimiting parts of the wall of the discharge tube, so that the mercury condensing in the discharge tube has the opportunity to flow back along the outside of this cylinder to the mercury supply. The container in which the cathode is arranged is then formed by a transverse wall of the cylinder.
Since the cathode is arranged in a container, it can be brought closer to the mercury surface than would otherwise be possible, so that a very effective vapor development occurs. The bottom of the container can advantageously be dipped into the mercury supply, and the container can even be lowered into the mercury so far that the cathode is below the surface of the mercury present outside the container.
To achieve an appropriate arrangement, in one embodiment of the invention, the cylinder containing the cathode container is arranged at the lower end in a cup-shaped recess in the wall of the discharge tube, which then contains the mercury supply.
To avoid structural entanglements, it is advantageous to melt the lead wires for the cathode into the wall of the discharge tube at an end remote from the cathode. As a result, he remedies the insulated implementation of the lead wires through the Mercury Vor rat and through the walls of the cathode container.
The cathode container mentioned for example can be attached to the lead wires of the hot cathode. These supply wires will turn out to be quite long, but in order to still obtain a fixed arrangement, the cup-shaped depression containing the mercury supply can be used to arrange guides on the underside of the cylinder surrounding the cathode container, which guides on the wall of the cup-shaped depression issue. This limits possible lateral movements to a minimum.
In the drawing, two exemplary embodiments of the invention are shown.
Fig. 1 is a schematic section through the lower end of a discharge tube with a cathode canister disposed therein; Fig. 2 shows a complete discharge tube, namely a rectifier tube, where the lower part is shown in section with a reduced embodiment of the cathode container.
In the lower end of the discharge tube 1 (FIG. 1) there is a mercury supply 2, above which a cathode 3 is arranged. The cathode is enclosed by a container 4, which is of fen on the upper side facing the anode, not shown. A ring jacket 5 is welded to the container, which separates the upper surface of the mercury from the discharge space, but has a few openings 6 through which the mercury condensing in the discharge tube can flow to the mercury supply 2.
The lead wires 7 and 8 of the cathode 3 are insulated by means of the Röhr chen 9 passed through the mercury and the bottom of the container 4. Un below the annular jacket 5 4 openings 10 are provided in the container. The mercury evaporating from the surface can only escape through these openings 10, and the entire vapor developed is thus introduced into the space around the cathode, so that there is a relatively high vapor pressure there, that of the cathode, which would otherwise be caused by evaporation and could be consumed more quickly due to the impact of ions from the discharge, ensures a longer service life.
There is only enough space between the wall of the discharge tube 1 and the ring jacket 5 that the mercury condensed in the discharge tube can flow back along the walls of the tube to the mercury supply.
In Fig. 2 those of Fig. 1 correspond to the parts with the same reference numerals be distinguished. The cathode 3 is located here in a container 4, the bottom 11 of which is immersed in the mercury, so that the mercury must be heated very strongly. The wall 6 that adjoins the cathode container is formed here from cylindrical; nevertheless, practically the entire surface of the mercury supply 2: is separated from the discharge space, since the cylinder stands in a cup-shaped recess 12 which contains the mercury.
The container 4 is equipped with an extension 13 on the upper side; which further protects the mercury from material sputtering or evaporating from the cathode, and also promotes the increase in the vapor pressure in the vicinity of the cathode.
The lead wires 7 and 8 of the Ka method are surrounded by steatite tubes 14 and melted at the opposite end 15 of the discharge tube. In order to keep the lead wires in the correct mutual distance, a metal wire 16 extending parallel to them is arranged between the lead wires and carries metal cross supports 17 which enclose the steatite tubes 14. The body, of which the cathode container 4 forms a part, is also fastened to the steatite tubes 14 by means of the support wires 18.
Lateral adjustments of the cathode are avoided in that the cylinder 6 connected to it is limited in its movement by: the walls of the cup-shaped recess 12 is limited.
For correct centering, the Rol len 19, which are rotatably arranged on supporting wires, which are welded to the lower end of the cylinder -6.
The wire 16 is welded to the extension 13 of the cathode container 4, so that it is possible to apply a certain potential to this container when this wire is insulated from the cathode supply conductors. The wire 16 is namely connected to a feed wire 20 which is passed through the wall of the discharge tube 1 by means of a fuse 21. For example, you can apply a potential that is higher than the cathode potential, and in this way use the container as an ignition electrode to initiate the main discharge.
The discharge tube 1 has three arms, only two of which are visible in the figure. An anode 22 is arranged in each arm. The pole wires of these anodes are surrounded by steatite tubes 23. To further protect the point at which the lead wire and the steatite tube are connected to the anode, the rear end is each. The anode is surrounded by a cylinder 24 made of metal gauze so that the heat can easily be radiated, where the cylinder 24 also acts as protection against back discharges.
All metal parts in the discharge tube that can come into contact with mercury are expediently made of a material that is not attacked by mercury, for example iron or chrome iron. Instead, metal parts, for example made of copper or zinc, can also be used, but these are then preferably equipped with protective clothing, for example a chrome layer.
Chrome iron disks are used at the melting points for the anode and cathode lead wires, the edges of which are fused to the glass of the discharge tube.