DE1024642B

DE1024642B - Gas discharge tubes with moving glow discharge

Info

Publication number: DE1024642B
Application number: DEI9465A
Authority: DE
Inventors: Robert B Koehler; Richard Kohler Richards
Original assignee: IBM Deutschland GmbH
Current assignee: IBM Deutschland GmbH
Priority date: 1953-12-08
Filing date: 1954-12-07
Publication date: 1958-02-20

Description

Gasentladungsröhren mit wandernden Glimmentladungen dienen vielfach als Zählröhren zum Speichern von positiven und negativen Ziffernwerten. Röhren dieser Art weisen im allgemeinen mehrere Elektroden auf, die als Glimmkathoden dienen und mit einer einzigen Glimmanode zusammenarbeiten. In einem Dezimalzählwerk sind zehn zifferndarstellende Kathoden und zehn Übertragungskathoden abwechselnd so angeordnet, daß sie einen geschlossenen Glimmentladungsring mit zehn stabilen Glimmentladungsstellen bilden. Ferner sind noch zehn Komplementkathoden vorgesehen, von denen Paare zwischen bestimmte Ziffernkathoden geschaltet sind und durch die Komplementwerte dargestellt werden.Gas discharge tubes with moving glow discharges are often used as counting tubes for storage of positive and negative digit values. Tubes of this type generally have several electrodes that serve as glow cathodes and work together with a single glow anode. In a decimal counter ten digit-representing cathodes and ten transfer cathodes are arranged alternately so that that they have a closed glow discharge ring with ten stable glow discharge points form. Ten complementary cathodes are also provided, of which pairs between certain Digit cathodes are connected and are represented by the complement values.

Die Erfindung betrifft nun eine Entladungsröhre mit wandernder Glimmentladung, welche gegenüber einer gemeinsamen Anode mehrere Kathoden U-förmigen Querschnitts enthält, die untereinander durch Glimmentladungsleiter ionisch gekoppelt sind.The invention now relates to a discharge tube with a traveling glow discharge, which opposite a common anode contains several cathodes with a U-shaped cross-section, which pass through each other Glow discharge conductors are ionically coupled.

Insbesondere ist es wichtig, daß bei Zählröhren die Arbeitsgeschwindigkeit sehr groß ist und das Weiterschalten der Glimmentladung sehr zuverlässig erfolgt. Zu diesem Zweck weist die in die bevorzugte Entladungsrichtung fallende Längsachse der Kathode auf die Anode, und die in dieser Richtung bevorzugte Entladung zur Anode wird durch eine die wirksame Seitenöffnung vergrößernde Schrägschnittfläche an dem der Anode zugewandten Ende der Kathode herbeigeführt. Das der gemeinsamen Anode benachbarte Kathodenende läuft in einen spitzen Winkel aus, so daß eine bevorzugte Glimmübertragungsrichtung entsteht. Die Außenflächen der aus Aluminium bestehenden Kathoden sind mit einem dichten Überzug aus isolierendem Oxyd versehen.In particular, it is important that when counting tubes Working speed is very high and the switching of the glow discharge is very reliable. For this purpose, the longitudinal axis of the cathode falling in the preferred direction of discharge has the anode, and the discharge to the anode which is preferred in this direction is the effective one Side opening-enlarging bevel cut surface brought about at the end of the cathode facing the anode. The cathode end adjacent to the common anode tapers off at an acute angle, see above that a preferred glow transmission direction arises. The outer surfaces of the aluminum Cathodes are provided with a dense coating of insulating oxide.

Weitere Merkmale der Erfindung werden an Hand der Zeichnung erläutert.Further features of the invention are explained with reference to the drawing.

Fig. 1 zeigt die Schaltung der Elektrodenanordnung einer selbstkomplementierenden Glimmzählröhre mit ihren Anschlüssen;Fig. 1 shows the circuit of the electrode arrangement of a self-complementing glow counter tube their connections;

Fig. 2 stellt im vergrößerten Maßstab die Röhre gemäß der Erfindung unter Weglassen eines Teiles des Kolbens dar;Fig. 2 shows, on an enlarged scale, the tube according to the invention with part omitted of the piston;

Fig. 3 zeigt die Röhre im Schnitt rechtwinklig zum Schnitt nach Fig. 2;Fig. 3 shows the tube in section at right angles to the section according to Fig. 2;

Fig. 4 stellt ein einzelnes Kathodenelement mit dem daran befestigten Übertragungsleiter und dem Stromanschlußleiter vor dem Umbiegen und Anbringen an einer Stütze dar;Figure 4 depicts a single cathode element with the transmission conductor and power connection conductor attached thereto before bending and attaching to a support;

Fig. 5 stellt im stark vergrößerten Maßstab mehrere Elektroden mit ihren Montagelappen und Übertragungsleiter dar.Fig. 5 shows, on a greatly enlarged scale, several electrodes with their mounting tabs and transmission conductors represent.

Die in Fig. 1 abgebildete Glimmentladungsschaltung besteht aus zehn zifferndarstellenden Kathoden D-O bis D-9, die jeweils die Ziffern 0 bis 9 darstellen, Gasentladungsröhre
mit wandernder GlimmentladungThe glow discharge circuit shown in Fig. 1 consists of ten digit-representing cathodes DO to D-9, each representing the digits 0 to 9, gas discharge tube
with wandering glow discharge

Anmelder:Applicant:

IBM Deutschland
Internationale Büro-MaschinenIBM Germany
International office machines

Gesellschaft m.b.H.,
Sindelfingen (Württ), Böblinger Allee 49Gesellschaft mbH,
Sindelfingen (Württ), Böblinger Allee 49

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 8. Dezember 1953Claimed priority:
V. St. v. America 8 December 1953

Robert B. Koehler, Hopewell Junction, N. Y.,
und Richard Kohler Richards, Poughkeepsie, N. Y.Robert B. Koehler, Hopewell Junction, NY,
and Richard Kohler Richards, Poughkeepsie, NY

(V. St. A.),
^a5 sind als Erfinder genannt worden(V. St. A.),
^a 5 have been named as inventors

zehn Übertragungskathoden T-O bis T-9, zehn Komplementkathoden C-O bis C-9 und einer gemeinsamen Anödet, deren Abstand von den Enden jeder der verschiedenen Kathoden gleich ist und die durch ein Rechteck dargestellt ist.ten transfer cathodes TO to T-9, ten complement cathodes CO to C-9 and a common anode, whose distance from the ends of each of the different cathodes is the same and which is represented by a rectangle.

Die Übertragungsleiter t dienen zum Übertragen der Glimmentladung von der ihrem freien Ende benachbarten Kathode zu der Kathode, an der ihr anderes Ende befestigt ist, wenn eine entsprechende Spannungsdifferenz zwischen den beiden Kathoden besteht.The transmission conductors t are used to transmit the glow discharge from the cathode adjacent to its free end to the cathode to which its other end is attached, if there is a corresponding voltage difference between the two cathodes.

Die Anödet ist über einen nicht dargestellten Widerstand an den positiven Pol B + einer Spannungsquelle angeschlossen. Die Komplementkathoden C-O bis C-9 sind miteinander und mit der Klemme C verbunden. Die Ziffernkathoden D-I bis D-8 sind miteinander und über die Klemme D mit dem positiven Pol einer Spannungsquelle verbunden, dessen Spannung aber unter B+ liegt. Die Ziffernkathoden D-O und D-9 werden über die Ausgangsklemmen F bzw. G von derselben Spannungsquelle gespeist, an der die Kathoden D-I bis D-8 über andere nicht dargestellte Widerstände liegen. Die Übertragungskathoden T-O bis T-9 sind miteinander und mit der Klemme T verbunden. The anode is connected to the positive pole B + of a voltage source via a resistor (not shown). The complement cathodes CO to C-9 are connected to each other and to the terminal C. The digit cathodes DI to D-8 are connected to one another and via terminal D to the positive pole of a voltage source, the voltage of which, however, is below B + . The digit cathodes DO and D-9 are fed via the output terminals F and G from the same voltage source to which the cathodes DI to D-8 are connected via other resistors, not shown. The transfer cathodes TO to T-9 are connected to each other and to the T terminal.

709 880/349709 880/349

Da die Arbeitsweise der Röhre bereits eingehend beschrieben ist, wird sie jetzt nur kurz erläutert. Wenn anfangs ein negativer Impuls auf die Klemme F gegeben wird, setzt eine einzige stabile Glimmentladung zwischen der Kathode D-O und der Anode A ein. Ein in der Rohre zu speichernder negativer Impuls wird darauf an die Klemme T gelegt; die Spannungsdifferenz zwischen der Übertragungskathode T-I und der Anode A wird größer als die zwischen der Kathode D-O und der Anode, so daß eine Glimmübertragung entlang des zugeordneten Übertragungsleiters t zu der Kathode T-I erfolgt. Da nach dem Abklingen des negativen Impulses die Spannung zwischen der Kathode T-I und der Anode geringer als die zwischen der Kathode D-I und der Anode wird, wird die Glimmentladung weiter entlang des an der Kathode D-I befestigten Übertragungsleiters t wandern und bleibt an der letztgenannten Kathodenstelle stabil bestehen, bis ein nachfolgender Impuls auf die Klemme T gegeben wird. Eine gleiche Übertragung erfolgt bei jedem angelegten Eingangsimpuls, und die Glimmentladung wird schrittweise von einer D-Kathode zur anderen nacheinander weitergeschaltet. Bei ihrem Auftreten an der Kathode D-9 wird diese positiver und dann geringer positiv, wenn der zehnte Impuls angelegt wird, wodurch ein Arbeitsumlauf beendet wird und eine Anzeige dieses Zustandes an Klemme G erfolgt. Ein Ausgangssignal (vgl. Fig. 1) wird von der Kathode D-9 abgenommen, obwohl auch eine andere Kathode oder auch mehrere Kathoden zum Liefern einer Ausgangsspannung herausgeführt sein können. Since the operation of the tube has already been described in detail, it will now only be explained briefly. If a negative pulse is initially applied to the terminal F , a single stable glow discharge between the cathode DO and the anode A begins. A negative pulse to be stored in the tube is then applied to the terminal T ; the voltage difference between the transmission cathode TI and the anode A becomes greater than that between the cathode DO and the anode, so that a glow transmission takes place along the associated transmission conductor t to the cathode TI. Since, after the negative pulse has subsided, the voltage between the cathode TI and the anode becomes lower than that between the cathode DI and the anode, the glow discharge will migrate further along the transmission conductor t attached to the cathode DI and remains stable at the last-mentioned cathode point until a subsequent pulse is given to terminal T. The same transmission takes place with each applied input pulse, and the glow discharge is successively switched from one D-cathode to the other. When it occurs at the cathode D-9, this becomes more positive and then less positive when the tenth pulse is applied, whereby a working cycle is ended and this state is displayed at terminal G. An output signal (cf. FIG. 1) is taken from the cathode D-9, although another cathode or also several cathodes can be brought out to provide an output voltage.

Wenn die gespeicherte Ziffer eine echte Zahl ist. kann sie durch Anlegen eines negativen Impulses an die Klemme C in ihr Neunerkomplement verwandelt werden, wodurch die bestehende Glimmentladung die C-Kathode bevorzugt und entlang des daran befestigten Übertragungsleiters t wandert. Danach bewegt sich beim Abklingen des Komplementimpulses die Glimmentladung entlang des Übertragungsleiters t. der an der das Neunerkomplement der die gespeicherte Ziffer darstellenden D-Kathode befestigt ist, und bleibt in dieser D-Kathoden-Stelle stabil. Durch einen weiteren Komplementimpuls wird die Glimmentladung auf die andere der beiden zusammengehörigen Kathoden C und von dort zu der ursprünglichen D-Kathoden-Stelle in gleicher Weise weitergeleitet. Fig. 2 zeigt die in Fig. 1 schematisch als röhrenförmige Elemente dargestellten Kathoden in U-Form, die auf Streifen 11 aus Glimmer oder einem anderen Isoliermaterial montiert sind, die in einen Kolben E eingebaut sind. Die Kathoden sind in den gleichen Stellungen zueinander wie in Fig. 1 dargestellt und liegen abwechselnd auf entgegengesetzten Seiten der Streifen U₁ so daß die Glimmerstützen außerdem als Abschirmelemente dienen und eine falsche Glimmübertragung zwischen benachbarten Elektroden verhindern. Die Kathoden sind auf vier Streifen 11 angeordnet und daran durch Lappen 12 befestigt, welche durch Schlitze in dem Glimmer ragen und festgeklemmt sind, wie Fig. 5 genauer zeigt. Die Glimmerstreifen sind durch Abstandsschienen s an jedem Ende des Aufbaues zueinander in die entsprechende Stellung gebracht.When the stored digit is a real number. it can be converted into its nine's complement by applying a negative pulse to terminal C , whereby the existing glow discharge prefers the C cathode and travels along the transmission conductor t attached to it. Thereafter, when the complement pulse dies away, the glow discharge moves along the transmission conductor t. which is attached to the nine's complement of the D-cathode representing the stored digit, and remains stable in this D-cathode location. By means of a further complementary pulse, the glow discharge is passed on in the same way to the other of the two associated cathodes C and from there to the original D-cathode point. FIG. 2 shows the U-shaped cathodes, shown schematically in FIG. 1 as tubular elements, which are mounted on strips 11 of mica or other insulating material which are built into a bulb E. The cathodes are in the same positions to one another as shown in FIG. 1 and lie alternately on opposite sides of the strips U ₁ so that the mica supports also serve as shielding elements and prevent false glow transmission between adjacent electrodes. The cathodes are arranged on four strips 11 and attached to them by tabs 12 which protrude through slots in the mica and are clamped, as FIG. 5 shows in more detail. The mica strips are brought into the appropriate position relative to one another by spacer bars s at each end of the structure.

Aus der Seitenansicht der Anordnung nach Fig. 3 ist ersichtlich, daß die oberen Enden der U-förmigen Elemente in einen Winkel auslaufen, wodurch eine bevorzugte Glimmübertragungsrichtung entsteht, da festgestellt worden ist, daß eine zwischen der Anode und der Innenfläche des U-förmigen Elementes bestehende Glimmentladung aus dieser senkrecht zu der Ebene der öffnung wieder herauszutreten sucht. Das freie Ende eines Übertragungsleiters kann dann in einen zuverlässigeren Bereich der Glimmentladung gebracht werden, und der Gesamtbetrieb und die Stabilität der Röhre sind verbessert worden.From the side view of the arrangement of FIG. 3 it can be seen that the upper ends of the U-shaped Elements run out at an angle, which creates a preferred glow transmission direction, as determined that one exists between the anode and the inner surface of the U-shaped member Glow discharge seeks to emerge again from this perpendicular to the plane of the opening. The free The end of a transmission conductor can then be brought into a more reliable area of the glow discharge and the overall operation and stability of the tube have been improved.

Die Glimmentladung ist auf die Innenfläche der Kathode beschränkt, um eine falsche Übertragung zu verhindern; die Kathode ist ziemlich lang gehalten, so daß ein Betrieb bei hoher Stromstärke möglich ist, die etwa 4 Milliampere auf die verwendete Länge von etwa 1 cm beträgt. Das Fernhalten der Glimmentladung von der äußeren Elektrodenoberfläche ist bisher durch Überziehen der Außenfläche mit Kohle erreicht worden. Da jedoch der Kohleüberzug leitet, hat sich ergeben, daß er eine Glimmentladung zu ungewissen Zeiten aufrechterhalten kann und daß Aluminiumkathoden mit einem anodischen Niederschlag auf der Außenfläche bessere Ergebnisse liefern. Durch die Anodisierung entsteht ein dichter, durchsichtiger Überzug aus isolierendem Oxyd mit einer Dicke von etwa 0,025 mm, der einen niedrigen Dampfdruck aufweist und hohe Temperaturen ohne nachteilige Wirkungen, wie z. B. beim Entgasen oder bei längerem Röhrenbetrieb, aushalten kann.The glow discharge is restricted to the inner surface of the cathode to prevent false transfer impede; the cathode is kept quite long so that it can be operated at high amperage, which is about 4 milliamperes for the length of about 1 cm used. Keeping away the glow discharge of the outer electrode surface has so far been achieved by coating the outer surface with carbon been. However, since the carbon coating is conductive, it has been found that a glow discharge is too uncertain Can maintain times and that aluminum cathodes with an anodic deposit the outer surface give better results. The anodization creates a dense, transparent one Coating of insulating oxide with a thickness of about 0.025 mm, which has a low vapor pressure and high temperatures without adverse effects such as B. when degassing or for longer Tube operation, can withstand.

Eine solche Ausbildung der Kathodenelektroden als U-förmige Elemente, welche durch Lappen in der beschriebeneu Weise montiert werden, erleichtert die Massenherstellung der Glimmzählerröhre, da die Glimmerstreifen 11 und die Kathoden leicht durch Pressen oder ähnliche Arbeitsgänge geformt werden können. Eine Kathode 13. die den D- und T-Kathoden gleicht und als flaches Element aus einem auf einer Oberfläche anodizierten Aluminiumblech geformt ist, ist in Fig. 4 dargestellt. Die Schicht aus anodiziertem Alaterial ist durch die Bezugszahl 15 bezeichnet. In den aufeinanderfolgenden Herstellungsschritten erfolgt zunächst ein chemisches Reinigen und danach das Waschen und Trocknen, um die durch normale Lufteinwirkung erzeugten Oxyde und andere bei der Behandlung an den aktiven Kathodenflächen hängengebliebenen Materialien zu beseitigen. Das Reinigen kann durch Eintauchen in eine Lösung von HNOj₁ und HF oder in ein handelsübliches Entfettungs- und Entoxydierungsbad erfolgen. Bei dem chemischen Reinigen entsteht eine geeignete Oberfläche, an welche der Übertragungsdraht t und der Stromkreisanschlußleiter 14 angeschweißt werden. Diese Drähte bestehen z. B. aus Platin bzw. Nickel. Durch das Entfernen der dünnen Oxydschicht wird der Oberflächenwiderstand und somit die Austrittsarbeit der Kathodenoberfläche verringert, so daß gleichmäßigere elektrische Kennlinien entstehen.Such a design of the cathode electrodes as U-shaped elements, which are assembled by tabs in the manner described, facilitates the mass production of the glow counter tube, since the mica strips 11 and the cathodes can easily be formed by pressing or similar operations. A cathode 13, which resembles the D and T cathodes and is formed as a flat element from an aluminum sheet anodized on one surface, is shown in FIG. The layer of anodized aluminum is indicated by the reference number 15. In the successive manufacturing steps, chemical cleaning is carried out first, followed by washing and drying, in order to remove the oxides and other materials that have adhered to the active cathode surfaces during the treatment, which are produced by normal exposure to air. Cleaning can be done by immersion in a solution of HNOj ₁ and HF or in a commercially available degreasing and deoxidizing bath. The chemical cleaning creates a suitable surface to which the transmission wire t and the circuit connection conductor 14 are welded. These wires consist e.g. B. made of platinum or nickel. By removing the thin oxide layer, the surface resistance and thus the work function of the cathode surface is reduced, so that more uniform electrical characteristics are created.

Nach dem Befestigen der Platin- bzw. Nickeldrähte werden die Kathodenelemente. U-förmig gebogen, auf den Glimmerstreifen 11 angebracht; die ganze Gruppe wird in den Röhrenkolben eingebaut, der darauf entgast wird, und ein entsprechendes ionisierbares Gas wird wieder in den Kolben eingeführt.After attaching the platinum or nickel wires, the cathode elements. U-shaped bent on the mica strip 11 attached; the whole group is built into the tubular flask, which is then degassed and an appropriate ionizable gas is reintroduced into the flask.

Claims

Patent claims:

1. Discharge tube with a moving glow discharge which, compared to a common anode, contains a plurality of cathodes of U-shaped cross section which are ionically coupled to one another by glow discharge conductors, characterized in that the longitudinal axis of the cathode (13) falling in the preferred direction of discharge onto the anode (A) points and that the discharge preferred in this direction to the anode (A) by a

the effective side opening enlarging bevel cut surface is brought about at the end of the cathode (13) facing the anode (A).

2. Discharge tube according to claim 1, characterized characterized in that the glow transmission conductor is inserted into the opening of the bevel cut surface of the cathode protrudes.

3. Discharge tube according to claims 1 and 2, characterized in that the cathode length is designed for a load of about 4 mA / cm.

4. Discharge tube according to claims 1 to 3, characterized in that the cathodes are made of aluminum and on the inner surface are conductive and non-conductive on the outer surface.

5. Discharge tube according to claims 1 to 4, characterized in that the cathodes alternately on opposite sides of one or more insulating supports Carriers are attached.

6. Discharge tubes according to claim 5, characterized in that the cathodes and the for Cathode holder on the carrier serving fastening tabs consist of one piece.

Considered publications:
U.S. Patent Nos. 2,646,523, 2,682,015;
Espe-Knoll, "Material science of high vacuum technology", Springer, Berlin, 1936, p. 77.

1 sheet of drawings