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Kaltkathodengasentladungsröhre mit aktivierter, ringförmiger Kathode,
stabförmiger Anode und in der Kathodenöffnung angeordneter Auslöseelektrode Die
Erfindung befaßt sich mit Kaltkathodengasentladungsröhren für elektrische Schalt-
und Zählanlagen und insbesondere mit solchen Röhren, wie sie durch die USA-Patentschrift
2 331398 bekanntgeworden sind. Durch diese Patentschrift sind Röhren bekanntgeworden,
bei denen die Kathode aus einer ringförmigen Scheibe, einer senkrecht zur Kathode
angeordneten stabförmigen Anode und einer in der Kathodenöffnung angeordneten Auslöseelektrode
besteht. Diese Art von Röhren mit zusätzlichen Abschirmelektroden - mit welchen
sich die vorliegende Erfindung- nicht befaßt - ist auch durch die Fig. 3 der USA.-Patentschrift
2 295 569 bekannt.
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Bei derartigen Röhren ist die Kathode mit einem Überzug aus emissionsfähigem
Material versehen, damit kleinere Arbeitsspannungen als bei reinen Metallkathoden
verwendet werden können. Diese Röhren mit aktivierten Kathoden, besonders solche
für kleinere Entladungsströme, haben jedoch verschiedene Nachteile, beispielsweise
Unstabilität der Eigenschaften während der Lebensdauer auf Grund der Empfindlichkeit
gegen Belichtung und der Abweichungen bei Wechselstrom-Impulsbetrieb.
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Es ist möglich, Kaltkathodenröhren, mit nicht aktivierten Kathoden
herzustellen, die sehr stabil und zuverlässig im Betrieb sind und Eigenschaften
aufweisen, die von Röhre zu Röhre reproduzierbar sind. Auf Grund der niederen Betriebsspannungen
sind jedoch Röhren mit aktivierter Kathode immer noch gefragt.
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Die Erfindung befaßt sich hauptsächlich mit der Herstellung einer
kleinen Triode für eine Spannung von 200V und einem Entladungsstrom in der Größenordnung
von 0,5 bis 1,5 mA in der Hauptstrecke.
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Um die obenerwähnten Schwierigkeiten zu beseitigen, schlägt die Erfindung
eine besondere Anordnung für die Haupt- und die Auslösestreeke vor. Erfindungsgemäß
ist die Auslösestrecke an einem parallel zur Anode verlaufenden Stab befestigt.
Die Anode ist unterhalb der Kathode angeordnet, die nur an ihrer Unterseite aktiviert
ist. Die Kathodenöffnung ist exzentrisch in bezug auf den Außenumfang der Kathode,
die Anode ist unterhalb des breiten Teiles der Kathode angeordnet. Die Oberfläche
der Auslöseelektrode wird durch einen kurvenförmigen Metallstreifen gebildet, der
an dem Stab so befestigt ist, daß seine breite Seite der Kathode gegenüberliegt.
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Die Anordnung der Anode unterhalb der Kathode ist durch die USA.-Patentschriften
1897 471, 2 275 242 und 2 435 246 (Fig. 2) bekanntgeworden und wurde auch
in anderen Röhrentypen verwendet, um die Wandaufladung und in gewissem Maße auch
die Beeinflussungen durch Belichtung zu vermeiden bzw. zu reduzieren. An Hand der
Zeichnung wird eine beispielhafte Ausführung der Erfindung beschrieben. In der Zeichnung
ist im einzelnen dargestellt. In Fig. 1 eine Seitenansicht einer der Erfindung entsprechenden
Röhre, in Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der Elektrodenanordnung der Röhre
nach Fig. 1, in Fig. 3 eine ebene Ansicht der Elektrodenanordnung nach Fig. 2, in
Fig. 4 eine ebene Ansicht einer Kathode vor dem Zusammenbau mit den anderen Elektroden
entsprechend Fig. 2, in Fig.5 eine Querschnittansicht der Kathode entlang der Linie
A-A in Fig. 4.
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Die Röhre nach Fig. 1 besitzt eine Umhüllung 1, die an einem Ende
von einem Glaspre@ßfuß 2 und an dem anderen Ende von einem Stutzen 3 abgeschlossen
wird. Die drei dargestellten Leitungen 4, 5 und 6 sind im Preßfuß eingeschmolzen.
Die Röhre ist sehr klein; ihre Länge beträgt etwa 3,8, ihr Durchmesser etwa
1,3
cm. Sie kann in ähnlicher Weise mit anderen Schaltteilen verbunden werden, wie Widerständen,
und zwar schneller, als wenn sie mit Stiften ausgestattet wäre, die in einen normalen
Röhrensockel eingreifen. Schaltverbindungen werden direkt an diesen. Leitungen vorgenommen,
die durch unterschiedliche Längen identifiziert sind. Die Leitung 4 in Fig. 1 ist
kürzer als die Leitungen 5 und 6. Die Leitungen 4, 5 und 6 sind hinreichend starr,
um als Elektrodenhalterung zu dienen. Innerhalb der Umhüllung werden sie als Stäbe
7, 8 bzw. 9 weitergeführt. Der mittlere Stab 8 ist an dem unteren Teil seiner Länge
mit einer Glashülle 10 umgeben. Die frei stehenden zylindrischen Teile der drei
Stäbe sind oxydiert, um zu verhindern, daß sie durch Teilchen, die von der Kathode
abgesprüht werden, aktiviert werden. Der äußere Stab 7 ist kürzer als die anderen
beiden Stäbe. Sein oberes Ende 11, das einen rechtwinkligen Schnitt bildet, stellt
die Anode der Hauptstrecke dar. Der andere äußere Stab 9 bildet eine leitende Halterung
für eine ringförmige Kathode 12, durch welche der mittlere Stab 8 hindurchtritt,
an welchem oberhalb der Kathode eine Gettereinrichtung 13 angeschweißt ist. Ein
Metallstreifen, der eine Auslöseelektrode 14 bildet, ist in dem Stab 8 in einer
solchen Lage angeschweißt, daß er an der Breitseite der inneren Kante der Kathode
12 oberhalb der Anode 11 liegt.
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Die Elektrodenanordnung ist deutlicher aus Fig. 2 zu ersehen. Die
untere Fläche der Kathode 12 ist mit einem elektronenemittierenden Material bedeckt.
Der Abstand zwischen der Kathode 12 und der Auslöseelektrode 14 ist so bemessen,
daß die Zündspannung gleich der minimalen Zündspannung des Gases ist, mit dem die
Röhre gefüllt ist. Bei Verwendung einer nicht aktivierten Kathode sollte die Auslöseelektrode
so angeordnet sein, daß die Hilfsentladung zwischen der Kathode und der Auslöseelektrode
an einem wohldefinierten Punkt an der Kathode unmittelbar oberhalb der Hauptanode
auftritt. Im Falle der Verwendung einer aktivierten Kathode darf man jedoch aus
der Tatsache, daß geringe Unterschiede in der Austrittsarbeit der bedeckten Fläche
bestehen, nicht folgern, daß der Weg der geringsten Zündspannung notwendigerweise
der kürzere Abstand zwischen den Elektroden ist. Wenn weiterhin die Hauptentladungsstrecke
für einige Zeit einen kleinen Strom fließen läßt, der die zulässige Kathodenfläche
nicht ganz mit Kathodenglimmlicht bedeckt, neigen die nicht verwendeten Teile der
Kathodenfläche dazu, eine größere Austrittsarbeit zu haben als jene Teile, die vorher
Elektronen geliefert haben. Um deswegen eine Konstanz der Arbeitscharakteristiken
während der Lebensdauer zu gewährleisten, wurde als notwendig befunden, eine Auslöseelektrode
zu verwenden, deren Entladungsfläche entgegengesetzt der Kathode liegt. Der Metallstreifen,
der die Auslöseelektrode 14 bildet, ist deswegen so geformt, daß er einen koaxialen
Bogen mit und gegenüber der inneren Kante der Kathoden bildet. Auf Grund praktischer
Versuche konnte festgestellt werden, daß die in den Zeichnungen dargestellte Auslöseelektroden-Kathoden
Anordnung sehr gute Übertragungscharakteristiken liefert.
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Wie aus der in Fig. 3 dargestellten ebenen Ansicht des Elektrodensystems
zu ersehen ist, sind die innere und die äußere Kathodenkante exzentrisch zueinander
angeordnet, so daß die Kathode bei 15 oberhalb der Anode 11 eine größere Breite
hat als an den anderen Teilen. Durch diese größere Breite wird sichergestellt, daß
bei geringen Entladungsströmen, die nur einen Teil der Kathodenfläche in Anspruch
nehmen, eine Vorspannung auftritt, die dazu neigt, die Entladung in dem Teil der
Kathode zu halten, der der Auslöseelektrode benachbart und der Anode am nächsten
ist.
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In der vorliegenden Anordnung wird die Kathode aus einer ringförmigen
Scheibe gebildet, die aus einem Metallstreifen ausgestanzt ist unter Belassung eines
Ansatzes 16 an der schmalsten Stelle der Scheibe. Dieser Ansatz ist umgebogen und
an dem Stab 9 festgeschweißt. In Fig. 4 ist die Kathode gezeigt, bevor der Ansatz
16 umgebogen ist. Um sicherzustellen, daß die. Auslöseentladung schnell von der
Kathodenkante zur Hauptkathoden-Anoden-Strecke gegenüber der Anode 11 wandern kann,
ist die innere Fläche der Kathode von der Seite, die der Hauptstrecke gegenüberliegt,
schräg ausgebildet, wie bei 17 in den Fig. 4 und 5 angedeutet. Während der Herstellung
wird die Röhre nach Einbringung der Elektroden in die Umhüllung ausgepumpt, das
Glas zum Zwecke der Beseitigung eingeschlossenen Gases erhitzt, die Kathode aktiviert
und das Getter durch zusätzliche Stromheizung zur Wirkung gebracht. Danach wird
die Röhre mit einer Mischung von 94% Ne, 611/o A bei 70 mm H, gefüllt. Hierzu
ist zu bemerken, daß das Getter 13 innerhalb der Röhre so angeordnet ist, daß die
Gefahr, daß das Gettermaterial auf irgendeine der Entladungsflächen gelangt, minimal
ist. Nachdem sodann der Glaskolben zugeschmolzen ist,, wird die endgültige Aktivierung
und Alterung vorgenommen.
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Im folgenden sind einige typische Betriebsdaten für der Erfindung
entsprechende Röhren angegeben: Zündspannung der Hauptstrecke . .. . . 240 V Brennspannung
der Hauptstrecke ..... 73 V Zündspannung der Auslösestrecke . .. . 80V Brennspannung
der Auslösestrecke .... 65 V Kathodenstrom . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 1 mA Wenn die Anode an eine Spannungsquelle von 180 V über einen Reihenwiderstand
von 100 kS2 gelegt wird, so bewirkt ein rechteckiger Auslöseimpuls mit einer Amplitude
von 90 V und einer Länge von 45 100 [,s, der zwischen die Auslöseelektrode und die
Kathode an einen Widerstand von 1 N152, der in Reihe mit der Auslöseelektrode liegt,
angelegt wird, daß die Hauptstrecke beim oder vor dem Auftreten der hinteren Kante
des Auslöseimpulses zündet. Ein ;o negativer Impuls rechteckiger Form, der die Anodenspannung
für eine Zeit von 1 #Ls auf NTull reduziert, bewirkt ein Erlöschen der Entladung
in der Hauptstrecke. Die Hauptstrecke kann dann in einem sich ,niederholenden Umlauf
mit einer Wiederholungs-55 frequenz der Größenordnung von 900 Hz jeweils entsprechend
den obigen Ausführungen gezündet und wieder gelöscht werden.