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Glühkathode mit einem Heizelement für Gleichstromheizung Die Erfindung
bezieht sich, auf eine Glühkathode mit einem Heizelement für Gleichstromheizung
und mit einer Elektronen emittierenden Schicht.
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Aus dein bisherigen Stand der Technik ist eine große Mannigfaltigkeit
von Heizelementen für indirekt geheizte Kathoden bekannt. Bei den meisten Heizelementen
dieser Art bestand das Problem, die Wärme in möglichst großer Nähe der auf die Emissionstemperatur
zu heizenden Oberfläche zu entwickeln.
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Es wurde gefunden, daß es möglich ist, die zur Erhöhung der Kathodentemperatur
erforderliche Wärme sehr nahe an der emissionsfähigen Fläche zu entwickeln, indem
man eine thermoelektrische übergangsstelle in großer Nähe oder als Bestandteil der
Kathode ausbildete.
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Es ist bekannt, daß Verbindungsstellen zwischen Metallen oder Legierungen
mit verschiedenen thermoelektrischen Eigenschaften in solcher Weise benutzt werden
können, daß sie je nach der Stromrichtung durch die Übergangsstelle Wärme erzeugen
oder absorbieren.
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Bei einer Glühkathode mit einem gleichstromgeheizten Heizelement und
mit einer Elektronen emittierenden Schicht weist nach der Erfindung das Heizelement
eine oder mehrere Übergangsstelle(n) auf, die unter guten Wärmeübertragungsbedingungen
mit dem Kathodenträger steht (stehen).
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In der Zeichnung zeigt Fig. 1 eine Schnittansicht eines Kathodensystems
mit Heizelement in einem elektrischen Entladungsgerät der Art, für das die Erfindung
besonders geeignet ist; Fig. 2 ist eine Schnittansicht einer abgewandelten Form
der Erfindung, bei der das Heizelement vollständig von der Kathodenhalterung isoliert
ist; Fig.3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Schnittansicht,
und Fig. 4 stellt eine Gruppe von Kurven dar, welche die thermoelektrische Kraft
einer Anzahl Stoffe gegenüber Platin in Abhängigkeit von der Temperatur zeigen.
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Die Verwirklichung -der Erfindung wird in Fig. 1 in einer elektrischen
Entladungsröhre nach Art einer Triode in der Ausführung einer Scheibenröhre veranschaulicht.
In einer solchen Röhre ist die Röhrenhülle aus abwechselnden Metallringen (Anschlüssen)
und Isolierringen (Abstandsstücken) hergestellt. Wie aus der Zeichnung zu ersehen
ist, wird die Anode 10 von einem scheibenförmigen Abschlußstück 11 unterstützt,
das Gitter 12 wird von. einem ringförmigen metallischen Anschlußteil13 getragen
und ist mit ihm verbunden; der Kathodenanschluß wird durch einen ähnlichen Ring
14 geschaffen, und der Heizanschluß durch eine Scheibe 15. Die Anschlüsse von Anode
und Gitter sind durch ein isolierendes Abstandsstück 16, die Anschlüsse von Gitter
und Kathode durch ein Stück 17 und die Anschlüsse der Kathode und des Heizelementes
durch ein Stück 18 getrennt.
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Wie dargestellt, besteht die Kathode unter anderem aus einem Metallzylinder
19 aus dünner Metallfolie, der an dem dem Gitter zugewandten Ende mittels einer
Scheibe 20 geschlossen ist. Die dem Gitter zugewandte Seite der Scheibe ist mit
einem geeigneten elektronenemittierenden Material21 bedeckt, welches nach bekannten
technischen Vorschriften aus einer Suspension eines oder mehrerer Erdalkalikarbonate
(Barium, Strontiurn, Kalzium) hergestellt werden kann. Der aus Folienmaterial bestehende
Zylinder ist mit dem Isolierring 17 haftend verbunden und an die Kathodenklemme
14 mittels einer Metallschich t 22 angeschlossen, die auf -der unteren Oberfläche
des Isolators 17 zwischen der Kathodenhülle und dem Anschluß 14 angebracht werden
kann. Ein Stromkreis zwischen der Heizklemme 15 und dem mittleren Bereich der Scheibe
bzw. des Basisteils 20
wird durch den Draht 23 hergestellt. Der Draht verläuft
durch eine Öffnung in dem Isolator 18 und ist an den Kontakt 15 angeschlossen.
Die
Stoffe werden für die eben beschriebene Kathode und Heizeranordnung so ausgewählt,
daß an dem Basistei120 eine oder mehrere »heiße« th@ernnoelektrische Übergänge entstehen.
Obwohl eine Anzahl von Kombinationen von hinsichtlich der an den Heizkreis anzuschließenden
Spannung geeigneten thermoelektrischen Eigenschaften zur Verfügung steht, müssen
diese nicht nur in bezug auf diese Eigenschaften, sondern auch auf ihre Eignung
zum Gebrauch als Kathoden- und Heizerteile in Vakuumröhren ausgewählt werden. Als
sehr wirksam wurde eine Kombination gefunden, bei der der Draht 23 aus Palladium,
die Scheibe 20 aus Platin und die zylindrische Folie aus Titan besteht. Die Anschlüsse
14 und 15 sollen aus dem gleichen Material bestehen oder, falls aus verschiedenem
Material, dann aus solchem mit ähnlichen thermoelektrischen Eigenschaften. Kupfer
oder Titan sind für diese Anschlüsse besonders geeignete Stoffe. Unter Verwendung
einer solchen Stoffkombination im Heizkreis werden die Anschlüsse 14 und 15 mit
den Anschlüssen. einer Gleichstromheizquelle verbunden, wobei der Anschluß 15 negatives
Potential gegenüber dem Anschluß 14 erhält. Hierdurch werden. zwei heiße Übergangsstellen
geschaffen, die eine an der Verbindungsstelle zwischen dem Palladiumdraht und der
Platinscheibe 20, und die andere an der Verbindungsstelle. zwischen dem Umfang der
Scheibe 20 und der Unterstützung aus Titanfolie 19. Titanfolie ist wegen der kleinen,
Wärmeableitung von der aktiven Oberfläche der Kathode ein günstiges Material. Es
ist ein schlechter Wärmeleiter, und wenn man es in einer Dicke von 12,5 Mikron verwendet,
so ist der von der Kathode durch die Halterung entstandene Wärmeverlust sehr klein.
Eine andere in befriedigendem Maße wirksame Kombination ist eine solche, bei der
der Draht 23 aus Platin, :die Scheibe 20 aus Titan und die Folie aus Titan besteht.
An Stelle von Titan kann Hafnium verwendet werden, welches im wesentlichen die gleichen
thermoelektrischen Eigenschaften wie Titan hat. Es ist nicht wesentlich, daß zwei
heiße Übergangsstellen gebildet werden.; daher können die Scheibe 20 und die Unterstützung
19 aus dem gleichen Material, z. B. Titan, hergestellt werden, und der Draht 23
kann aus Platin oder Palladium bestehen.
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Die Verbindung zwischen dem Draht 23 und- der Scheibe 20 und auch
zwischen der Scheibe und denn Tantalschirm 19 kann durch Schweißen hergestellt werden.
Es ist auch, möglich, Lötverbindungen an den Übergangsstellen zu verwenden, ohne
daß die Wärme erzeugenden Eigenschaften der Übergangsstellen verlorengehen, vorausgesetzt,
die Menge an Lötmaterial ist klein, und die Legierungsbildung reicht nicht aus,
um die Grundeigenschaften der Übergangsstelle zu zerstören. Wie oben ausgeführt,
sind Heizelemente dieser Art besonders in Verbindung mit Kathoden vorteilhaft, für
die eine kleine Heizleistung gefordert wird. Die in Fig. 1 gezeigte Konstruktion
ist für die Verwendung dieser Art von Heizelementen in Verbindung mit der Kathodenausführung
besonders geeignet, da die benötigte Wärmemenge klein sein kann und. es verhältnismäßig
einfach. ist, die Übergangsstellen sehr nahe bei der Emissionsfläche anzubringen.
Es wurde ein Kathodenheizer entsprechend Fig. 1 gebaut, :dessen Heizleistung etwa
0,2 Watt ist. Es sei bemerkt, daß in dem Heizkreis auch eine oder mehrere kalte
Verbindungsstellen var!handen sind. In Fig. 1 liegt z. B. eine kalte Übergangsstelle
zwischen der Anschlußstelle 15 und dem Draht 23 und ebenso zwischen 19 oder 22 und
14. In Fig. 2 wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer von dem Emissionsschichtträger
isolierten Heizanordnung gezeigt. Die Röhre ist im wesentlichen :die gleiche wie
in Fig. 1, und daher sind entsprechende Teile mit dem gleichen Bezugszeichen versehen.
In Fig. 2 ist :der Heizanscbluß 15 durch zwei im wesentlichen halbzylindrische Anschlüsse
15' und 15" ersetzt, die in gewissem Abstand und voneinander isoliert an der äußeren
Oberfläche der Scheibe 18' haftend befestigt sind. Der Kathodenaufbau umfaßt einen
zylindrischen Stützteil 19', der an seinem oberen Ende von einer dünnen keramischen
Scheibe 24 geschlossen ist. Die Scheibe besteht aus Al,uminiumoxydkeramik hohen
Reinheitsgrades. Die obere Oberfläche der Scheibe 24 kann entweder mit der Stützfolie
19' unmittelbar zusammenhängen, oder kann mit einem dünnen Metallüberzug versehen
sein, die mit der Keramik nach bekannten Verfahren haftend verbunden wurde. In jedem.
Fall wird die emittierende Schicht 25 auf der Metalloberfläche angebracht. Die Heizeranordnung
umfaßt die Leiter 26 und 27, :die an ihrem einen Ende mit den. Anschlüssen 15' und
15" verbunden sind und mit ihrem oberen Ende in den zwischen ihnen und einem Metallstreifen
31 gebildeten Übergangsstellen 29 und 30 endigen. Gemäß den vorher erörterten Überlegungen
werden die Stoffe der Leiter 26 und 27 und 'des verhindernden Streifens 31 so gewählt,
daß zwei heiße Übergänge gebildet werden, wenn die Polarität der an die Heizanschlüsse
15' und 15" angelegten Spannung richtig gewählt ist. Der Leiter 26 kann z. B. aus
Molybdän, der leitende Teil 31 aus Titan und der Leiter 27 aus Palladium bestehen.
In diesem Fall wird der Anschluß 15' als positiver Gleichstromanschluß der Heizspannumgsquelle
gewählt.
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Es ist einleuchtend, daß andere Materialkombinationen in Reihe zwischen
die Heizungsanschlüsse gelegt werden können, um :die gewünschten heißen Übergangsstellen
nahe der Emissionsschicht zu erhalten. Man kann leicht einsehen, daß die Stoffe
in einer absteigenden Reihe nach ,der Größe ihrer positiven thermoelektrischen Werte
angeordnet werden, wobei der positivste mit dem positiven Anschluß verbunden wird.
In Fig.4 sind die thermoelektrischen Werte einer Anzahl Stoffe im Vergleich reit
Platin gezeigt, und der Bereich der Betriebstemperatur von Oxyd.-katheden ist zugleich
angedeutet. In dieser Figur entsprechen den Kurven A bis I einschließlich die folgenden
Stoffe: (A) 90°/o Nickel (oder Hafnium) -10% Vanadium, (B) Molybdän, (C) Wolfram,
(D) Titan, (E) Tantal, (F) Platin, (G) Palladium, (H) Nickel und (I) 90% Nickel
- 10% Kupfer legiert.
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In Fig.3 wird eine Schnittansicht eines Aufbaus einer Kathode mit
Heizer gezeigt, die ähnlich der in Fig.2 gezeigten ist, jedoch nur eine einzige
Übergangsstelle aufweist. Die denen in Fig.2 entsprechenden Teile sind mit den gleichen
Bezugszeichen versehen. In der Darstellung der Fig. 3 wird ein einziger Übergang
zwischen den Leitern 27' und 26' durch überlappende Teile dieser Leiter gebildet.
Die in Kontakt mit der unteren Oberfläche der keramischen Scheibe 24 stehenden Leiter
können nach den gleichen Überlegungen ausgewählt werden und können beispielsweise
aus Molybdän und Nickel bestehen. Es sei bemerkt, :daß der Molybdändraht mit dem
positiven Heizanschluß verbunden sein soll. Die Kathode und der Heizer können auch
so hergestellt sein, daß die Emissionsschicht direkt auf der oberen Oberfläche der
-durch die übereinandergreifen6en Oberflächen
der Dränte 26' und
27' gebilkdeten übergangsstelle angebracht wird; in diesem Fall besteht der Draht
26' zweckmäßig aus einem als Kathodenträger geigneten Metall, z. B. Nickel.