DE1007889B - Mehrstrecken-Kaltkathoden-Gasentladungsroehre mit einer Anzahl Stiftkathoden, deren aktive Flaechen durch eine Schranke begrenzt sind - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Mehrstrecken-Kaltkathoden-Gasentladungsröhren mit einer Anzahl Stiftkathoden, deren aktive Flächen durch eine Schranke begrenzt sind und die von der Anode gleichen Abstand aufweisen, so daß die dadurch gebildeten Entladungsstrecken im wesentlichen, gleiche Arbeitskennlinien besitzen. Diese Röhren sind für die Verwendung in. elektronischen, Schalt- und Zähleinrichtungen, geeignet.

In Mehrstreckenröhren, die für Zähl- und. Schalteinrich.tungen verwendet werden, wird von einer Anode und. mehreren. Kathoden eine Anzahl von Anoden-Kathoden-Strecken gebildet. Bei der Verwendung derartiger Röhren ist es erwünscht, daß sich die Strecken, in einer gegebenen Reihenfolge entladen;. Ebenfalls ist es wünschenswert, daß der Entladungsübergang verläßlich von, einer Strecke zu einer anderen in einer definierten vorgeschriebenen Folge vor sich geht.

Es sind, Versuche angestellt worden, um die gewünschte Entladungsfolge zu erzielen durch Anbringung von Zwischenkathoden oder speziellen Übergangskathoden unter Zusammenwirkung mit äußeren Schaltungen oder durch besondere Formgebung der Kathoden, zur Erzielung eines gerichteten. Überganges von Strecke zu Strecke. Die letztere Ausbildung neigt zur Verlangsamung der Tätigkeit, da diese spezielle Form die Entionisierungszeit vergrößert oder es notwendig macht, daß die Glimmentladung von einem Anfangsentladungspunkt zu einem Punkt übergeht, der der nächsten zu zündenden. Strecke benachbart ist. Solange eine schnelle Zähltätigkeit nicht gefordert ist, wirkt sich der langsame Wechsel der Entladung über die geformte Kathode nicht als Störung aus. Wenn es jedoch auf eine schnelle Zählung ankommt, behindert die spezielle Form der Kathode die Tätigkeit und ist aus diesem Grunde unerwünscht. Die Verwendung von zusätzlichen Kathoden oder Übergangselektroden, die sich zwischen den Zwischenkathoden befinden, beiwirkt, daß die Anordnung des Röhrenaufbaus und der zugehörigen Schaltung kompliziert wird, und die Zeit, die für jeden Übergang notwendig ist, verlangsamt wiederum die Tätigkeit der Röhre.

Bei einer bekannten Ausführungsform von Mehrstreeken-Kaltkathoden-Gasentladungsröhren ist eine Schranke vorgesehen, die die aktiven Flächen der Kathode begrenzt. Diese Schranke ist aus einem Isoliermaterial, ζ. Β. Glimmer, gefertigt. Mit dieser Schranke ergeben: sich Undefinierte Verhältnisse in, der Umgebung der Kathode, da sich die Glimmerplatte statisch aufladen, kann.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zu schaffen, die die Nachteile der bekannten Konstruktionen, nämlich die Verwendung von speziell Mehrstrecken-Kaltkathoden-Gasentladungsröhre mit einer Anzahl
Stiftkathoden, deren aktive Flächen
durch eine Schranke begrenzt sind

Anmelder:
International

Standard Electric Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,
Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 26. Oktober ,1951

Milner W. Wallace, Westwood, N. J. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

geformten und/oder zusätzlichen Übergangselektroden, vermeidet. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß bei einer Mehrstrecken-Kaltkathoden-Gasentladungsröhre die Schranke aus leitendem Material hergestellt ist und gleichzeitig als Steuerelektrode dient.

Weiterhin befaßt sich die Erfindung mit einer Mehrstrecken-, Zähl- und Schalteinrichtung für die Verwendung mit einer Kathodenbasisschaltung, die für eine Zähl- und Schalttätigkeit höherer Geschwindigkeit geeignet ist.

Der Vorteil der Erfindung ist im wesentlichen, in, der Einfachheit der Konstruktion der Röhre zu erblicken. Die Kathoden sind stab- oder stiftförmig und von der gemeinsamen Anode im wesentlichen gleich weit entfernt. Bei Verwendung einer Basisschaltung für die Kathoden ist es nicht notwendig, speziell geformte Kathoden zu verwenden oder Zwischenkathoden oder Übergangselektroden vorzusehen. Dagegen hat sich als vorteilhaft herausgestellt, alle Kathoden-Anoden-Strecken so einfach und so· weitgehend gleich wie möglich zu machen, und die Zündung in einseitiger Richtung durch die Kathodenbasisschaltung bewirken zu lassen.

Weiterhin sieht die Erfindung Mittel zur Steuerung oder Begrenzung der Kathoden vor, derart, daß sie im wesentlichen gleiche Wirknächen aufweisen. Das wird erreicht durch eine Schranke, die aus einer Platte

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Zur Halterung einer zylindrischen Anode 23 ist ein mittlerer Stab 22 vorgesehen, der, wie bei 24 angedeutet ist, in. dem Körper 21 durch Anwendung der bekannten Glas-Schweiß-Schmelzteehniik eingebettet 5 ist. Dieser Schmelzprozeß sichert außerdem die Lage des Körpers 21 in dem zylindrischen. Teil der Elektrode 7, der vorzugsweise aus einer Legierung von Eisen, Nickel, Kobalt, Mangan und Kohle, also Kovar, besteht. Sowohl die Kathodenstifte als auch der

verschweißt sind.

Das Teil 7, das sowohl die Halterung für die Einrichtung als auch die Platte zur Begrenzung der wirksamen; Flächen, der Kathoden darstellt, ist mit einer Leitung 26 verbunden,, mit welcher es auf das gewünschte Potential gebracht werden kann. Das so ²⁰ vorgespannte Teil wirkt als Steuerelektrode für die Kathoden und begrenzt ihre wirksame Fläche.

In. den Fig. 3 bis 5 sind zwei andere Ausführungen der Kathoden-Anoden-Anordnung dargestellt. Die in Fig. 3 dargestellte Anode stellt einen Drahtring 27

oder einer Steuerelektrode gebildet wird und sieh
über und neben! den. Teil der Kathode erstreckt, der
inaktiv bleiben soll. Der aktive Teil der Kathode ist
dann ihr Ende, das über diese Schranke hinausragt.
Wenn eine perforierte Platte oder eine Steuerelektrodenplatte als Schranke verwendet wird, so ist ein
weiteres Merkmal der Erfindung in. der Art und. der
Methode zu erblicken, in welcher die Kathoden in. bestimmter axialer Ausdehnung durch diese Öffnungen
hindurchragm und so gehalten und in Reihe gestellt io Anodenstab 22 bestehen aus Kovar, das einen Auswerden. dehnungskoeffizienten besitzt, der ähnlich dem des Diese und weitere Merkmale und Gegenstände der Glases ist. Die Anode 23 wird von Drähten 25 geErfindung werden an Hand der Zeichnungen im fol- tragen, die mit der Anode und dem Anodenstift 22 genden, näher beschrieben werden. In den Figuren ist
im einzelnen folgendes dargestellt: 15

Fig. 1 ist ein vertikaler Schnitt durch eine der Erfindung entsprechende Mehrstreckenröhre·,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Röhre in ihrem Zusammenwirken mit einer Kathodengrundschaltung,

Fig. 3 eine Teilansicht einer abgeänderten. Anoden-Kathoden-Anordnung, deren, Teile im Schnitt gezeigt sind,

Fig. 4 eine Teilansicht einer anderen Ausführung

der Kathoden-Anoden-Strecke, deren Teile im Schnitt 25 dar, der konzentrisch zu einer Reihe von. Kathoden 11

dargestellt sind, bis 20 liegt. Die Kathoden, ragen durch Aussparungen,

Fig. 5 eine Aufsicht auf die Anordnung nach Fig. 4. die in einer Steuerelektrodenplatte.28 vorgesehen, sind,

Gemäß Fig. 1 weist die Röhre eine Umhüllung 1 ähnlich, wie in Fig. 1 dargestellt. Es ist leicht zu er-

auf, die an einem Röhrenfuß 2 befestigt ist, der mit sehen, daß die Anode 27 verschiedene Formen, an-Kontaktstiften 3 für die Aufnahme in einem Sockel 30 nehmen kann, solange eine Anodenfläche einen, ge-

versehen. ist. Die Kontaktstifte3 sind mit Leitungen4, gebenen Abstand von den negativen Flächen, der Ka-

die durch die Umhüllung 1 zu den entsprechenden thoden aufweist. Beispielsweise kann der Ring 27

Elektroden, der Röhre führen, verbunden. Die Um- oberhalb der Enden der Kathoden liegen, wie in Fig. 1

hiulung und der Röhrenfuß sind durch Kitt 5 mitein- dargestellt, oder auch innerhalb des von den Kathoden ander verbunden. Eins der Elektroden, 7 schließt 35 gebildeten Kreises.

wenigstens einen, Teil der Elektrodenanordnung ein. Dj_e Steuerplatte 29 in, den Fig. 4 und 5 stellt einen

Die Elektrodenanordnung wird in. ihrer Gesamtheit Hohlzylinder dar, jedoch ohne den in Fig. 1 gezeigten

durch die Leitungen, 4 getragen, die, wie bei 6 an- Endflansch. In, dieser Form sind die mit 30 gekenn-

gedeutet, in die Umhüllung 1 eingeschmolzen sind. zeichneten, Löcher in dem Mantel des Zylinders kreis-

Die Elektrode 7 hat die Form eines Hohlkörpers. Ein 40 förmig angeordnet, sie können auch in irgendeiner

Teil 8 ist hohlzylinderförmig, während der zweite anderen gewünschten Form angeordnet, sein. Die

Teil 9 die Form eines Endflansches hat. Der End- Enden, der Kathoden 31 sind so umgebogen, daß die

flansch 9 dehnt sich nach innen aus und stellt eine aktiven Teile 32 durch die Aussparungen, 30 radial

Schranke dar zur Begrenzung der aktiven, Fläche der hindurchragen. Die Anode 33 hat die Form eines

Kathoden. Der Flansch 9 ist mit einer Anzahl von 45 Ringes, der konzentrisch zur Steuerelektrode 29 in

Aussparungen 10 versehen, durch welche die Ka- einem bestimmten Abstand zu den, Enden der radial

thodenstifte hindurchragen, angeordneten. Kathoden liegt.

Entsprechend Fig. 2 sind zehn Kathodenstifte 11 Neben diesen, in den, Fig. 1, 3, 4 und 5 dargestellten bis 20 vorgesehen, während in Fig. 1 fünf derartige Kathoden-Anoden-Anordnungen können natürlich im Stifte gezeigt sind. Die Kathodenstifte werden in 50 Rahmen der Erfindung die verschiedensten Anordeinem Isolierkörper 21 gehalten, der sich im wesent- nungen. Anwendung finden. Beispielsweise können die liehen, innerhalb des Körpers 8 befindet und mit ihm Kathoden, entlang einer Geraden liegen oder auch geverbunden ist. Dieser Isolierkörper kann aus Glas gebenenfalls unregelmäßig angeordnet sein, lediglich oder einem anderen Isoliermaterial bestehen. Um eine muß der Abstand der Anode von jeder Kathode gleich richtige Reihenlage der Kathodenstifte zu sichern, die 55 sein. Die Grundforderung besteht also darin, daß die axial zu den Aussparungen 10 liegen, werden, folgende Anoden-KathodenS trecken, im wesentlichen dieselben Vorkehrungen getroffen: Arbeitskenmlinien aufweisen.

Die Kathodenstifte und der Körper 8 sind derart Als Gas atmosphäre verwendet man mit Vorteil eine voroxydiert, daß die Kathodenstif te gerade weit genug Mischung von Neon, Argon und Wasserstoff, deren sind, um in die Aussparungen 10 zu passen. Die Oxyd- 60 prozentuale Anteile stark variiert werden können in auflagen wirken, als Abstandshalter, um die Stifte Abhängigkeit von dem Gasdruck, den Elektrodenzentrisch in den Aussparungen zu lagern. Nach Ein- spannungen, der räumlichen Elektrodenanordnung und führung des Glaskörpers 21 wird die Oxydation rück- ebenfalls von der gewünschten, Durchbruchsspannung. gängig gemacht durch einen Reinigungsprozeß mit Wird Wasserstoff nur in geringem Prozentsatz vereiner Wasserlösung und Eintauchen in eine Lösung 65 wendet, so beschleunigt es die Entionisierung und ist von Schwefel- und Salpetersäure. Auf diese Weise aus diesem Grunde erwünscht. Als vorteilhaft hat sich werden die Kathodenstifte in einer bestimmten Ab- ein, 5- bis lOVoiger Anteil an. Wasserstoff erwiesen. standslage in den. Aussparungen 10 gelagert. Der Ab- Argon wird prinzipiell zur Verminderung der Zündstand zwischen den Stiften und den Seiten der Aus- spannung verwendet. Sein Prozentsatz ist nicht sparungen beträgt vorzugsweise 0,05 bis 0,1 mm. 70 kritisch. Der Anteil an Argon beträgt vorzugsweise

zwischen 1 und 3%. Der restliche Prozentsatz der Gasmischung ist Neon, Der Gasdruck ist nicht kritisch, jedoch ist. ein relativ hoher Druck in der Größenordnung von 125 mm Hg vorteilhaft. Höhere Drücke begünstigen, eine rasche Entionisierung und !«,wirken auch einen größeren Unterschied zwischen der normalen Zünd- und Brennspannung.

Wie l>esonders aus Fig. 2 zu ersehen ist, ist den Kathoden 11 bis 20 ein Vorspannungs-Steuersystem zugeordnet, das aus einer Mehrzahl von Kathodenkreisen. 34 bis 43 besteht, die miteinander durch Gleichrichter 44 verbunden sind. Jeder Vorspannungs-Steuerkreis enthält zwei Widerstände 45 und 46, die in Reihe liegen und an einem Ende mit den Kathoden (beispielsweise 14) verbunden sind. Parallel zu diesen Widerständen, liegt ein Kondensator 47. Wie bei 48 angedeutet, sind die Kathoden-Verspannungskreise einseitig geerdet. Die Anode 23 liegt über einen Widerstand.49 an. positiver Spannung. Die zugeführten zu zählenden Eingangsimpulse werden, wenn sie positiv sind, über den Kondensator 50 der Anode zugeführt. Bei Verwendung von negativen Eingangsimpulsen würden dann in der Erdverbindung 48 ein Widerstand vorzusehen und die Impulse an diesen anzulegen sein, Eine Ausgangsverbindung 52 ist mit der Kathode 20 verbunden. Der Steuerelektrode 9 wird üljer die Verbindung 53 eine positive Spannung zugeführt.

Zum Zwecke der Erläuterung der vorliegenden. Erfindung ist hier nur eine Art von Vorspannungs-Steuerschaltungen angeführt; statt dessen können auch andere gleichwirkende Schaltungen verwendet werden,

Vor der Beschreibung der Wirkungsweise der Röhre soll kurz auf den Ausdruck »Vorbereiten« eingegangen sein. Wenn sich in einer Entladungsröhre mehrere Strecken befinden, bewirkt die Entladung ül>er eine Strecke eine Verminderung der Zündspannung der anderen. Strecken. Diese Verminderung wird als Vorbereitung bezeichnet. Eine Strecke, die der sich in Entladung befindlichen, eng benachbart ist, wird stärker vorbereitet als eine sich in größerer Entfernung befindliche Strecke.

Zur Einleitung der Röhrentätigkeit wird dem Anodenkreis eine hohe Spannung zugeführt, wobei eine der Strecken zündet. Wird angenommen, daß die Strecke der Kathode 14 auf diese Weise gezündet ist, so wird sich durch den einsetzenden Stromfluß durch die zugeordneten Widerstände 45 und 46 eine positive Spannung ausbilden, Ein Teil dieser Spannung wird über den Verbindungsgleichrichter 44 an der rechts benachbarten Kathode 15 auftreten. Ein kleinerer Spannungsanteil erscheint an der zweiten Kathode 16 usw., so daß an den Widerständen der Kathode 13 an der linken, Seite der leitenden Kathode praktisch keine Spannung auftritt, da der Gleichrichter zwischen diesen Widerständen und der leitenden Kathode als sehr hoher Widerstand wirkt. Auf diese Weise ist die Spannungsdifferenz zwischen der links benachbarten Kathode und der Anode größer als zwischen irgendeiner anderen. Kathode und der Anode. Hierdurch und durch die Tatsache, daß die beiden benachbarten Strecken den, Licht- und Ionisationsteilchen der leitenden Strecke mehr ausgesetzt sind als die anderen Kathoden-Anoden-Strecken, wird bewirkt, daß die links benachbarte Strecke 13 zündet, sobald, der nächste Eingangsimpuls zugeführt ist.

Während der Zuführung eines Eingangsimpulses zu der in Fig. 2 dargestellten Schaltung sind, sowohl die ursprüngliche als auch die neuerlich gezündete Kathode leitend, Sobald alier der Eingangsimpuls beendet ist, verlischt die ursprünglich gezündete Strecke, da sie durch die Ladung an, dem ihr zugeordneten Kondensator positiv vorgespannt ist. Sobald die Kathodenschaltung sich auf die neuerlich gezündete Kathode eingestellt hat, ist das System zum Empfang eines neuen Eingangsimpulses bereit. Die Vorspannungen an den aufeinanderfolgenden Kathoden ändern sich stufenförmig mit Ausnahme möglicherweise der letzten zwei oder dred Kathoden, die links der gezündeten Kathoden liegen. Die Spanungen, dieser Kathoden, können, praktisch im wesentlichen gleich sein.

Die Zählgeschwindigkeit erstreckt sich über einen Impulsfrequenzbereich von unter 1 Hz bis über 100 kHz. Bei Versuchen wurden. Impulse mit einer Frequenz von 100 kHz fehlerfrei gezählt. Bei Vergrößerung der Geschwindigkeit der Impulsfolge, etwa bei Erreichen der Impulsfrequenz 200 kHz, wurde die Zählung fehlerhaft.

Wenn, auch in den dargestellten beschriebenen Beispielen, jeweils zehn Kathoden Anwendung fanden, kann je nach Wunsch eine größere oder kleinere Anzahl von Kathoden verwendet werden,

Wie leicht zu ersehen ist, weisen diese der Erfindung entsprechenden Röhren gegenüber den Hochvakuumröbren erhebliche Vorteile auf. Beispielsweise erspart die Verwendung einer der Erfindung entsprechenden; Röhre Raum und Gewicht und erfordert etwa nur ein, Sechstel der Leistung, mit der eine vergleichbare Schaltung unter Verwendung von Vakuumröhren arbeitet. Außerdem ist die Lebensdauer der hier beschriebenen Röhren wesentlich größer als dia der Vakuumröhren.

Röhren,, die bei einer hohen Frequenz von, 100 kHz noch fehlerfrei arbeiten,, erweisen, sich in vielen, Anwendungsfällen als sehr nützlich, beispielsweise für Zähl-, Schalt- und Frequenzteiler-Einrichtungen.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Mehr strecken;- Kaltkathoden, - Gasentladungs röhre mit einer Anzahl Stiftkathoden,, deren aktive Flächen durch eine Schranke begrenzt sind und die λόπ, der Anode gleichen Abstand aufweisen, so daß die dadurch, gebildeten Entladungsstrecken im wesentlichen, gleiche Arbeitskennlinien besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schranke aus leitendem Material hergestellt ist und gleichzeitig als Steuerelektrode dient.

2. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stiftförmigen Kathoden in Aussparungen, der plattenförmigen Schranke kreisförmig angeordnet sind.

3. Röhre nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aktive Teil der Anode ringförmig ausgebildet ist und die Kathodenstifte gegenüber diesem Anodenring radial angeordnet sind.

4. Röhre nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schranke einen; Hohlkörper bildet, der in seinem Mantel Aussparungen aufweist, und daß die Kathoden,, die von einer Gruppe von Stiften gebildet werden, in diesem Körper so gelagert sind,, daß ihre Enden durch die Aussparungen hinausragen und daß im Inneren des Hohlkörpers ein Isolierkörper zur Halterung der Stifte angeordnet ist.

5. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schranke zylinderförmig aus-

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gebildet ist und die Kathoden von einem Isolierkörper ,getragen werden, der an der inneren Fläche des Zylinders befestigt ist.

6. Röhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen, sich in dem zylindrischen Mantel befinden und die Kathodenstifte mit ihren Enden radial durch diese Aussparungen hindurchragen.

7. Röhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder einen Endflansch aufweist, der sich nach innen in Richtung der Achse des Zylinders ausdehnt, und daß dieser Endflansch

Aussparungen aufweist, durch welche die Kathodenstifte hindurchragen,

8. Röhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode von einem Anodenstab getragen wird, der axial der Schranke angeordnet ist und seinerseits von dem Isolierkörper getragen wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 568 705, 2 204 375, 184 756;

deutsche Patentschrift Nr. 670 931.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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