Elektrisches Entladungsgefäss mit indirekt geheizter Glühkathode. Vorliegende Erfindung betrifft ein elek trisches Entladungsgefäss mit indirekt geheiz ter Glühkathode, sowie ein Verfahren für die Herstellung der letzteren.
Es sind bisher schon indirekt geheizte Glühkathoden bekannt geworden, die nach Art einer Hohlkathode aufgebaut sind. Hier ist insbesondere die sogenannte Topfkathode zu nennen, die aus einem nach der Anode des Gefässes zu offenen Hohlkörper besteht, in dem mehrere Zwischenwände angeordnet sind. Es ist ausserdem eine Kathode bekannt ge worden, die aus mehreren übereinander ange ordneten Scheiben besteht, wobei die Schei ben senkrecht zur Hauptachse der Entla dungsbahn liegen. Bei beiden Kathodenarten erfolgt die Heizung durch eine im Zentrum angeordnete Heizspirale. Das emissionsfähige Material, wie z. B. Bariumogyd oder derglei chen, ist auf den einzelnen Scheiben der Scheibenkathode oder im Innern des Topfes auf dessen Wänden angeordnet.
Zum besse- ren Wärmeschutz sind beide -Kathodenarten durch ein oder mehrere konzentrische Wärme schutzzylinder umgeben: Der Nachteil dieser beiden Kathodenarten liegt darin, dass die Stromdichte nicht für alle Teile der Kathode gleich gross: ist. Bei der Topfkathode werden praktisch alle Elektronen für die -Entladung von dem der Anode am nächsten gelegenen offenen Ende geliefert. Die tiefer gelegenen Partien der Hohlkathode beteiligen sich an dem direkten Elektronentransport sehr wenig und nehmen nur durch allmähliche Diffusion an der Entladung teil. Bei der Scheiben kathode sorgen in erster Linie die äussern Ränder der Scheiben für den direkten Strom transport.
Auf diese Weise wird die Kapazi tät dieser Kathode nicht vollkommen ausge nutzt, was dann hinwiederum zu Überhitzun gen verleitet und damit die Lebensdauer der Kathode beeinträchtigt.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht, die oben geschilderten Nachteile zu vermeiden. Erfindungsgemäss wird die Kathode in der Weise ausgebildet, dass die Hohlräume nicht direkt nach der Anode zu offen sind, sondern nach der Seite, ähnlich wie das bei der Schei benkathode der Fall ist. An Stelle der Schei ben sind nun zweckmässigerweise mehrere Fahnen in der Längsrichtung der Kathode angeordnet, so dass auf diese Weise rings um den zentralen Heizzylinder ein Kranz von radial angeordneten, im Querschnitt der Kathode keilförmigen Hohlräumen entsteht.
Das emissionsfähige Material, wie Barium- ogyd oder Bariumkarbonat usw., wird vor- teilhafterweise auf die beiden Seiten der ein zelnen Fahnen aufgebracht. Eine derartige Kathode sei im folgenden als Fahnenkathode bezeichnet. Die einzelnen Fahnen werden zweekmässigerweise an der untern und obern Stirnkante von je einer Scheibe gehalten, an denen sie zum Beispiel durch Punktschwei ssen befestigt werden können.
Ein Herstel lungsverfahren für die Kathode wird weiter unten näher beschrieben. Die Elektronen wer den also nicht direkt in Richtung der Haupt achse der Entladung emittiert, sondern nach der Seite. Zum besseren Wärmeschutz kann die Kathode mit einem oder mehreren geloch ten Schutzzylindern umgeben werden, wie sie auch bei den bekannten Kathoden angewen det werden.
Die Erfindung ermöglicht ferner, die Oberfläche einer indirekt geheizten Kathode zu vergrössern, um eine grössere Menge der emissionsfähigen Substanz aufzubringen. Die Vergrösserung der Oberfläche soll dagegen zweckmässigerweise keine Vergrösserung der Masse und Dimensionen der Kathode bedin gen, damit dieselbe nicht zu unhandlich und schwer wird. Um zu erreichen, dass die emis sionsfähige Substanz fest auf der Unterlage haftet, kann die Oberfläche aufgerauht, durchlocht, mit Nuten oder andern Zwischen räumen versehen werden, wodurch die Ober fläche der Fahnen fähig wird, grosse Mengen des aktiven Materials aufzunehmen und fest zuhalten.
Je ein Ausführungsbeispiel der Kathode und des Verfahrens zu deren Herstellung seien anhand der Abbildung näher erläutert. Fig. 1. zeigt eine Seitenansicht eines Ent ladungsgefässes mit einer Kathode gemäss der Erfindung. Fig. 2 zeigt in gegenüber Fig. 1 vergrösserter Form eine teilweise zusammen gesetzte Kathode. Fig. 3 ist eine Teilansicht bezw. ein Teilquerschnitt der Kathode nach Fig. 2. Fig. 4 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie 4-4. Fig. 5 zeigt den Zusammen bau einer Kathode, die aus mehreren radialen Fahnen besteht.
Fig. 6 zeigt, wie die Fah nen zusammengesetzt werden. Die Fig. 7, 9 und 11 zeigen verschiedene Formen der Ka thodenoberfläche, und die Fig. 8, 10 und 12 stellen hiervon Querschnitte dar.
In der Fig. 1 bezeichnet 1 eine Hülle, z. B. aus Glas, die an dem einen Ende den Ein schmelzstutzen 2 von überall gleichem Durch messer besitzt und am andern Ende den Stutzen 3, der einen verjüngten Fortsatz 4 besitzt. Das Entladungsgefäss besitzt eine Anode 5 aus Graphit oder Metall, die in dem Fuss 2 vermöge der eingeschmolzenen Stange 6 befestigt ist. Die indirekt geheizte Kathode ist gegenüber der Anode 5 in deren Verlän gerung angeordnet. Diese Kathode ist mit einem oder mehreren konzentrisch angeordne ten, durchlöcherten @'Pärmeschutzzylindern 7 und eine oder mehreren Abschlusskappen 8 versehen.
Die Kathode wird von dem Fuss 4 getragen und ruht auf mehreren, auf dem Umfange gleich verteilten Stäben 9, die in einer Kappe 10 enden. Die Zuleitungen 11. führen nach aussen und dienen zur Heizung der Kathode. Ausserdem ist ein elektrosta tisch wirkendes Steuergitter 1?, vorzugsweise aus Drahtgaze oder durchlochtem Blech. vor gesehen, welches die Anode und Kathode konzentrisch umgibt und durch die Drähte 13 gehalten wird, die in einer Kappe 14 enden, die um den Fuss 3 angeordnet ist. Die Gitter- zuleitung 15 führt von der Kappe 14 nach aussen zu der Metallkappe 16. Statt dessen kann auch eine andere Art der Gitterzulei tung vorgesehen sein.
Die Einzelheiten der Kathode sind in den Fig. 2, 3, 4, 5 und 6 dargestellt. Die Kathode besteht aus einer grossen Zahl von radial an- geordneten Fahnen 18, die mit gleichem Ab stand voneinander angeordnet sind und an jedem Ende an eine Scheibe 19 angeschweisst werden. Um dieses Schweissen zu erleichtern, sind die Fahnen an jedem Ende mit Winkeln versehen, so dass, wenn die Fahnen alle zu sammen richtig angeordnet sind, die beiden Scheiben 19 an die Winkel angeschweisst wer den können und damit ein festes Gehäuse bilden.
Wie in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist, ist die innere lange Kante der Streifen mit rund gebogenen Winkeln 20 versehen, die, wenn alle Streifen richtig angeordnet sind, einen geschlossenen Zylinder bilden, der zur Aufnahme eines Widerstandsheizelementes dient. Dieses Heizelement besteht zum Bei spiel aus einer Drahtwicklung 21, die auf einen Isolierstab 22 gebracht ist (z. B. Alu miniumoxyd), der eine achsiale Durchboh rung besitzt, in welche ein Metallstab 23 ein geführt ist, der zur Rückleitung für den Strom des Heizelementes 21 dienen kann und ausserdem den Isolierstab 22 hält.
Das obere Ende des Heizelementes und der Stab 23 sind miteinander verbunden, z. B. durch Schwei ssen, und ausserdem durch eine Metallkappe 24, die auf der obern Scheibe 19 aufsitzt, geschützt.
Die untere Scheibe 19 ist mit drei Durch führungen versehen, in welche die Trag drähte 9 passen. Diese sind an ihrem obern Ende rechtwinklig umgebogen und dann mit der Scheibe 19 verschweisst.
Gemäss dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, 2 und 5 ist zwecks Erzielung einer grossen Oberfläche ein Drahtnetz 26, am praktischsten in Form eines Falzes, über die einzelnen Fahnen geschoben, so dass das Drahtnetz auf beiden Seiten der Fahnen auf liegt (vergleiche Fig. 5). Das Drahtnetz kann am besten vor dem Zusammenbau der einzel nen Fahnen an diese geschweisst werden. Das elektronenemittierende Material, wie z. B. Ba riumkarbonat, kann durch Aufspritzen, Pin- seln oder Tauchen auf die mit Drahtnetz be deckte Fahne aufgebracht werden.
Dieser Vorgang kann gegebenenfalls auch vor dem Zusammenbau der einzelnen Fahnen erfolgen. Das aktive Material- fliesst in die Maschen des Netzes, selbst wenn die Mischung dickflüssig ist, und die einzelnen Fäden des Netzes hal ten grosse Mengen des Materials fest und ver- hindern das Abblättern derselben. nach der Verhärtung.
- Als Beispiel für die Vergrösserung der Emissionsfähigkeit derartiger Kathoden mit vergrösserten Oberflächen seien folgende An gaben gemacht. Die von einer Kathode mit glatter Oberfläche maximal festgehaltene Menge Emissionsmaterial betrug ungefähr 3 mg pro cm'. Durch die beschriebene Ver grösserung der Oberfläche konnte diese Menge auf mehr als 6 mg pro cm= gesteigert werden.
Die Wirkungsweise dieses Drahtgitters ist am leichtesten verständlich bei Betrach tung der Fig. 4. Hier ist in vergrösserter Form der festhaltende Einfluss der Gewebe fäden des Drahtgitters gezeigt. Es ist augen scheinlich, dass das Gitter eine unzählige Menge von kleinen Zwischenräumen bildet. die mehr oder weniger von den einzelnen Ge webefäden umgeben sind, so dass, nachdem das aktive Material in diese kleinen Zwi schenräume als Flüssigkeit hineingeflossen ist und dort erhärtet ist, es nicht mehr leicht abbröckeln kann.
Die einzelnen Gitterfäden sorgen also für ein festes Anhaften des Ka- thodenmaterials an der flachen Fahnenober fläche, so dass eine derartige Kathode eine längere Lebensdauer hat als eine mit nur glatten Fahnen.
Die mit Drahtmaschen ver- sehenen Fahnen halten das aktive Material so fest, dass die derartig hergestellten Fahnen auch zusammengesetzt werden können, nach dem das aktive Material erhärtet ist, ohne dass die Gefahr besteht, eine grössere Menge des Emissionsmaterials durch Abbröckeln zu verlieren. Die Zwischenräume des Gitters vermehren ausserdem die Grösse der bedeckten Oberfläche durch Einfügung neuer Oberflä chen ohne wesentliche Erhöhung des Volu mens oder Masse der Kathoden.
Darüber hin aus wird vermöge der vergrösserten Ober fläche die Schichtdicke nicht grösser als bis her und trotzdem werden grössere Mengen des aktiven Materials von der Kathode auf- genommen als dies bei den bekannten Katho den der Fall ist.
An Stelle von Drahtgittern zur Vergrösse rung der Oberfläche der Kathode können auch andere Mittel angewendet werden. In den Fig. 7 und 8 ist ein Teil einer Kathoden oberfläche gezeigt, in welche zum Beispiel eine Presse eine Menge von Vertiefungen, die von Erhöhungen umgeben sind, angebracht hat. In den Fig. 9 und 10 ist eine ähnliche Aufrauhung der Oberfläche dargestellt. Hier sind die Erhöhungen ohne Durchlochungen der Kathodenwand durchgeführt.
Die Fig. 11 und 12 zeigen eine Oberfläche, die diagonal genutet ist, und die damit ebenfalls Vertie fungen zur Aufnahme des Emissionsmate rials ergibt. In all diesen Fällen wird das aktive Material vorteilhafterweise auf beiden Seiten der Kathodenfahne aufgebracht. Durch die Ausbildung der Vorsprünge wird das Ma terial von der Oberfläche in sicherer Weise festgehalten, so dass dickere Schichten er reicht werden können, ohne dass dieselben abbröckeln, weder während der Herstellung der Röhren noch im Betrieb.
Ausser den hier beschriebenen Methoden gibt es noch andere .Mittel, um die Oberfläche aufzurauhen. Man kann dies auch durch eine chemische Behand lung erreichen, wobei zum Beispiel die Ober fläche zuerst oxydiert wird und dann in einer Wasserstoffatmosphäre auf eine solche Tem peratur erhitzt wird, dass eine intensive Re duzierung stattfindet, so dass kleine Krater entstehen, die dann ebenfalls zur Aufnahme des aktiven Materials geeignet sind.
Gegenüber den bisher bekannten Katho den zeichnet sich die Kathode gemäss der beschriebenen Beispiele durch eine besonders gleichmässige Temperaturverteilung aus. In der Fig. 13 ist die Temperaturverteilung einer derartigen Kathode im Vergleich mit einer Scheibenkathode angegeben. Die Mes sung erfolgte dabei längs einer Mantellinie in Achsrichtung der Kathode.
Die fünf Mess- punkte, die auf der Abszisse aufgetragen sind, entsprechen dabei den Löchern im Wärmeschutzzylinder längs der betreffenden Mantellinie, wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist. Auf der Ordinate des Diagrammes in Fig. 13 ist die Temperatur in Celsiusgraden angegeben. Die ausgezogenen Linien, von denen jede einer bestimmten Heizleistung ent spricht, geben die Temperaturverteilung einer Kathode gemäss der Erfindung an, während die gestrichelten Kurven die Temperaturver teilung einer Scheibenkathode darstellen.
Betrachtet man zum Beispiel die mittleren Kurven X und F, so zeigen diese deutlich, dass der Temperaturabfall längs einer Mantel linie der erfindungsgemässen Kathode ganz gering ist, und zwar beträgt er etwa 15 , d. h. am obern Ende hat die Kathode eine Temperatur von<B>875</B> und am untern Ende eine solche von<B>860'.</B> Dahingegen beträgt die Temperatur einer gleichwertigen Scheiben kathode am obern Ende etwa. 835 , sie nimmt dann allmählich zu, erreicht in der Mitte etwa<B>910'</B> und fällt dann bis zum untern Ende auf unter<B>800'.</B> Während also bei der Scheibenkathode die grösste Temperaturdif ferenz mehr als<B>100</B> beträgt, beträgt sie hei der Kathode gemäss der Erfindung nur 15 .
Die Herstellung der oben beschriebenen Fahnenkathode kann auf folgende einfache Weise geschehen. Wie aus der Fig. 14 er sichtlich ist, dient als Hilfswerkzeug ein Dorn 124, dessen Durchmesser gleich der lichten Weite des innern Zylinders der Ka thode ist, der durch die bogenförmigen Teile 20 der einzelnen Fahnen geformt wird. Der Dorn 124 besitzt an beiden Enden Schraub fortsätze 125. Auf diese Schraubfortsätze können zwei Scheiben 126 mit Hilfe von Muttern 127 aufgeschraubt werden. Die obere Scheibe 126 besitzt vier Aussparungen 128 und eine kleine zentrale Erhöhung 129.
Die Scheibe ist ferner am Rande mit einer über greifenden Lippe 1.30 ausgerüstet, deren inne rer Durchmesser ein wenig grösser ist als der äussere Durchmesser der Scheibe 19. Die Hilfsscheibe 126 besitzt eine zentrale Boh rung<B>131,</B> die über den Schraubenfortsatz 125 des Dornes 124 passt.
Die untere Hilfsscheibe 126 ist ähnlich wie die obere Scheibe aufgebaut. Sie besitzt jedoch nur drei Aussparungen. Nachdem die einzelnen Fahnen aus dem Blechstreifen herausgestanzt sind, besteht der nächste Schritt darin, die Oberflächen der Fahnen entweder direkt mit einer elek- tronenemittierenden Substanz zu bedecken oder auf der Oberfläche ein Drahtgitter auf zuschweissen bezw. in anderer Weise für Auf rauhung der Oberfläche zu sorgen und die einzelnen kleinen Zwischenräume mit akti vem Material zu füllen.
Dieser Vorgang kann gegebenenfalls auch später nach dem voll ständigen Zusammenbau der Kathode erfol gen. Sodann werden die Scheiben 19 auf dem Dorn 124 angeordnet und durch die An schläge am Dorn 124 in der -richtigen Ent fernung, die gleich der Länge der Fahnen ist, gehalten. Sodann werden die einzelnen Fahnen um den Schaft des Dornes herum an geordnet, wobei die bogenförmigen Teile 20 am Dorn anliegen, wie aus Fig. 6 ersichtlich ist. Die Abstände je zweier benachbarter Fahnen werden durch hölzerne Keile 133 ge wahrt, deren Dicke und Neigung entspre chend den Umbiegungen 121 der Fahnen 18 bemessen ist.
Nachdem sämtliche Fahnen um den Schaft herum angeordnet sind und durch die Holzkeile im richtigen Abstand gehalten sind, werden die obern und untern Hilfs- scheiben 126 über die Scheiben 19 geschoben, so dass die schraubförmigen Fortsätze 125 durch die zentralen Öffnungen 131 reichen. Sodann werden die Muttern 127 angezogen und halten damit die Fahnen 18 an ihrem Platze fest.
Um ein Herausfallen der Holz keile 133 zu verhindern, während die Muttern angezogen'werden, kann man um das ganze Gebilde einen Draht wickeln.
Der nächste Arbeitsvorgang besteht in dem Anschweissen der seitlichen Umbiegun gen 121 der Fahnen 18 an die Scheiben 19. Dies erfolgt mit Hilfe einer Punktschweiss maschine; deren eine Elektrode durch die Öffnungen 128 bezw. 132 an die Scheiben 19 herankommen kann.
Dieses ist aus den Fig.15 und 16 zu ersehen, die kleinen Kreuze in der letzteren Abbildung bezeichnen die Schweisspunkte. Nachdem sämtliche mög lichen Punktschweissungen durch die Öffnun- gen 128 und 182 vorgenommen. worden sind, werden die Muttern 127 etwas gelöst und die Hilfsscheiben 126 etwas verdreht, so dass einige noch nicht geschweisste Stellen der Scheiben 19 unter die Aussparungen 128 bezw. 182 zu liegen kommen.
Nachdem sämt liche Schweissungen zwischen beiden Schei ben 19 und den seitlichen Umbiegungen 121 vorgenommen worden sind, kann man die Teile 124 bis 127 und 138 entfernen.
Eine auf diese Weise hergestellte Ka thode ist ziemlich stabil und lässt sich ohne grosse Mühe zusammensetzen und schweissen. Die bogenförmigen Umbiegungen 20 der ein zelnen Fahnen 18 bilden in der Gesamtheit einen geschlossenen Zylinder, in den man das Heizelement einführen kann.
Die hierin er zeugte Wärme kommt den Fahnen fast ver lustlos zu gute, da die bogenförmigen Teile 20 direkt einen Teil der Fahnen bilden und infolgedessen die Wärmeleitungsverluste an dieser Stelle sehr gering sind. Die seitlichen Umbiegungen 121 bilden eine Scheibe, an welche die Scheiben 19 sehr leicht und sehr fest angeschweisst werden können. Die ein zelnen Fahnen lassen sich ohne grosse Schnitt oder Stanzverluste aus grossen Blechtafeln ge winnen.
Darüber hinaus lassen sich die bogen förmigen Teile 20 der einzelnen Fahnen eben falls mit aktivem Material bestreichen, und zwar gleichzeitig mit der übrigen Oberfläche der Fahnen, so dass auch von dieser Seite her eine Vereinfachung und Verbilligung der Fabrikation eintritt.