DE1038658B - Gasentladungsroehre mit einem aus zwei keramischen Teilen bestehenden Kolben und wenigstens einer Kathode und einer Anode - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft Gasentladungsröhren, insbesondere Sprechweg-Gasentladungsröhren, mit einem aus zwei keramischen Teilen bestehenden Kolben und wenigstens einer Kathode und einer Anode.

Gasentladungsröhren besitzen Schalteigenschaften, die sie insbesondere als Schalteinrichtungen geeignet machen. Von besonderem Wert für diesen Zweck ist ihre Zündspannung. Ein Zündimpuls von der Größe der Zündspannung bewirkt nämlich, daß eine Gasentladungsröhre von einem nicht leitenden Zustand in einen leitenden Zustand bei der gleichen angelegten Spannung umgeschaltet wird. Weiter kann die Gasentladungsröhre durch geeignete Wahl der Abstände und der Lage der Elektroden und des Gasdrucks beispielsweise den Sprechwegströmen in einem geeigneten Bereich der Betriebsströme im anomalen Glimmentladungsgebiet der Strom-Spannungs-Kennlinie einen negativen. Widerstand aufweisen.

Wenn Gasentladungsröhren dieser Art in großen Telefonzentralämtern mit 10 000 Leitungen, insbesondere in den Schaltnetzwerken solcher Zentralämter verwendet werden, kann eine sehr große Anzahl derartiger Röhren erforderlich sein, wobei die Anzahl in der Größenordnung von Zehn- bis Hunderttausend liegt. Demgemäß ist es außerordentlich wichtig, sowohl die Größe dieser Röhren aus Raumersparnisgründen auf ein Minimum herabzudrücken als auch den Preis dieser Röhren außerordentlich gering zu halten.

Jedoch dürfen diese wünschenswerten Ziele nicht auf Kosten der Genauigkeit der kritischen Abmessungen erreicht werden, die auf die negative Widerstandskennlinie Einfluß haben. Demgemäß kann das Verkleinern der Röhren weder auf Kosten der notwendigen Toleranzen geschehen, noch können Einsparungen an den anfänglichen Herstellungskosten erzielt werden, indem bezüglich der erwünschten Übertragungseigenschaften der Röhren Zugeständnisse gemacht werden.

Die Erfindung will eine Gasentladungsröhre schaffen, welche die angegebenen Aufgaben zu erfüllen vermag und sowohl den erforderlichen Voraussetzungen entspricht als auch die Einhaltung kleinster Toleranzen ermöglicht.

Die Erfindung geht von der bekannten Tatsache 4-5 aus, daß eine Gasentladungsröhre einen aus zwei keramischen Teilen bestehenden Kolben sowie wenigstens eine Kathode und eine Anode aufweist. Die erfindungsgemäße Besonderheit besteht nun darin, daß die Kathode der Form von aneinander angrenzenden Einbuchtungen an den zusammenpassenden Flächen an einem Ende des Kolbens angepaßt ist, daß ferner sich vom Boden wenigstens eines Kolbenteils aus eine als Teil des Kolbens ausgebildete Säule nach innen in Gasentladungsröhre mit einem aus zwei keramischen Teilen bestehenden Kolben und wenigstens einer Kathode

und einer Anode

Anmelder:

Western Electric Company, Incorporated, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. Dr. R. Herbst, Rechtsanwalt, Fürth (Bay.), Breitscheidstr. 7

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 13. September 1956

John Wesley West, Millington, N. J.,

und Alan David White, Plainfield, N. J. (V. St. A.}, sind als Erfinder genannt worden

den Kolben hinein erstreckt und daß die Anode in einer Rinne in der oberen Fläche der Säule gelagert ist und mit ihrem freien Ende bis unmittelbar an die Kathode heranreicht.

Bei einem solchen Röhrenaufbau bietet die Einhaltung der Toleranzen keine Schwierigkeit, weil die Toleranzen von der Herstellung von Abdichtungs- und Einschmelzstellen unabhängig sind. Die Fertigung ist daher sehr vereinfacht. Zugleich können die Abmessungen der Kathode, die für die Verwirklichung der für Sprechweg-Gasentladungseinrichtungen erwünschten negativen Widerstandscharakteristik kritisch sind, sehr genau eingehalten werden, da diese Abmessungen praktisch durch eine Matrize festgelegt sind. Die beiden keramischen Teile des Kolbens sind vorteilhafterweise gleich.

Die Kathode kann durch metallische Beschichtung der Einbuchtungen hergestellt werden, z. B. durch Bestreichen, Plattieren oder auf andere in der Technik bekannte Weise. Die Kathode kann aber auch ein getrenntes metallisches Element enthalten. Demgemäß wird die Kathode innerhalb der keramischen Wand des Kolbens an den zusammenpassenden Oberflächen der beiden halben Teile des Kolbens gebildet und steht mit dem Inneren des Kolbens in Verbindung. Die gewünschten genauen Abmessungen können leicht unmittelbar in den keramischen Kolben bei seiner Herstellung eingearbeitet werden.

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Um sowohl den Preis als auch die Größe der Gas- ren des hohlen Kolbens bilden. Gemäß einer Weiterentladungsröhre gering zu halten, werden außer den bildung der Erfindung sind ferner die inneren Flächen Teilen des keramischen Kolbens selbst keine unabhän- der Hohlräume 22, der Öffnung 23 und der unmittelgigen Elektrodenhalter verwendet. Die Kathode wird bar angrenzenden Teile der inneren Flächen der Teile unmittelbar in der keramischen Wand an den zusam- 5 11 und 12 metallisiert, so daß die Hohlräume 22 eine menpassenden Oberflächen der beiden Kolbenteile ge- Hohlraumkathode bilden. Der Metallüberzug bzw. bildet. Die Drahtanode liegt unmittelbar in der Nähe die Schicht 25, die in der Zeichnung zur Verdeutder Kathode, um die gewünschte negative Wider- lichung mit übertriebener Dicke dargestellt ist, kann Standskennlinie zu erhalten. Durch die Einbettung der auf irgendeinem der in der Technik bekannten Wege Anode in eine Rinne in der oberen Fläche wird auch io aufgebracht werden. So kann z.B. Zirkonhydrid durch für die Anode kein unabhängiger Elektrodenhalter Streich- oder Spritzverfahren auf die keramischen benötigt. Der Abstand der Anode von der Kathode Flächen aufgebracht und eingebrannt werden, oder es und ihre Lage innerhalb der Röhre können sehr genau kann Molybdän oder Niobium durch ähnliche Vereingehalten werden. fahren auf die Kathode aufgebracht werden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wer- 15 Die Zuführungsanschlüsse zu den beiden Elektroden den auch besondere Einführungsdrähte oder Einfüh- der Einrichtung können in ähnlicher Weise durch Merungsdrahtanschlüsse innerhalb der Röhre unnötig, tallisierungsverfahren hergestellt werden. So kann und zwar dadurch, daß die Einführungsleiter durch der Kathodenzuführungsanschluß aus einem metallimetallische Überzüge auf den Oberflächen der kera- sehen Streifen 27 bestehen, der auf den zusammenmischen Kolbenteile gebildet werden. Vorteilhafter- 20 passenden Oberflächen der Teile 11 und 12 zwischen weise erstreckt sich der Kathodenleiter entlang jeder der Hohlraumkathode und dem Äußeren des Röhrender zusammenpassenden Oberflächen der Kolbenteile kolbens angebracht ist, wobei sich die Streifen 27 teilvon der im Kolben gebildeten Kathode selbst zur weise auch entlang der Außenfläche des Kolbens eräußeren Oberfläche des Kolbens. In gleicherweise be- strecken, um den Anschluß mit Hilfe eines geeigneten steht der Anodenleiter aus einer aufmetallisierten 25 äußeren Federkontakts oder einer Fassung herzustel-Schicht oder einem Leiter, der auf der Seite der Säule, len. Der Anodenzuführungsanschluß kann ebenfalls durch die der Anodendraht gehalten wird, nach unten aus einem metallisierten Streifen 29 bestehen, der an zu einem Pumpstutzen führt, der in den Kolben an der Seite wenigstens einer der vorstehenden Teile 17 dem der Kathode gegenüberliegenden Ende ein- nach unten und am Boden des hohlen Kolbenteils entgeschmolzen ist. 30 lang zum Pumpstutzen 15 führt.

Weitere Besonderheiten der Erfindung ergeben sich Ein Radiumfleck 30, z. B. in Form von Radiumaus der folgenden Erläuterung der in der Zeichnung bromid, kann an der Innenwand des Röhrenkolbens dargestellten Ausführungsformen: angebracht werden, um die in solchen Einrichtungen

Fig. 1 ist eine teilweise aufgeschnittene Seiten- erwünschte Anfangsionisation in bekannter Weise zu ansieht einer Gasentladungseinrichtung nach der Er- 35 schaffen, oder es können andere in der Technik befindung; kannte Ionisierungsverfahren mit Vorteil verwendet

Fig. 2 ist eine Draufsicht einer Kolbenhälfte der werden.

Einrichtung nach Fig. 1 in der Blickrichtung gemäß Erfindungsgemäß können nicht nur die verschiede-

Linie 2-2; nen Abmessungen sehr klein sein, was außerordentlich

Fig. 3 ist eine teilweise Schnittdarstellung einer 40 vorteilhaft ist, wenn eine große Anzahl solcher Einanderen Ausführungsform der Einrichtung nach der richtungen in großen Schaltnetzwerken verwendet Erfindung; wird, sie können auch sehr genau eingehalten werden,

Fig. 4 ist eine Draufsicht einer Kolbenhälfte der wie es erforderlich ist, und die gewünschten ÜberEinrichtung nach Fig. 3 in der Blickrichtung gemäß tragungseigenschaften der Einrichtung erhalten. Dem-Linie 4-4. 45 entsprechend werden die Abmessungen der Hohlraum-

Die Einrichtung nach Fig. 1 und 2 besteht aus einem kathode, die durch die Hohlräume 22 gebildet wird,

keramischen Kolben, z. B. aus Aluminiumoxyd, der und der Öffnung 23 sowie der Abstand des nächst-

aus zwei gleichen Teilen 11 und 12 gebildet wird. Je- gelegenen Endes des Anodenstabes 20 von der Kathode

der Teil ist hohl und weist drei besondere Elemente in Beziehung zum Gasdruck genau derart bestimmt,

auf. Das erste dieser Elemente ist eine Rinne 14 an 50 daß die Einrichtung eine stabile negative Widerstands-

einem Ende, in die ein Pumpstutzen 15 eingeschmol- kennlinie für die Übertragung von Sprechströmen in

zen ist, wobei der Stutzen 15 auch als Anodenfüh- einem ausgedehnten Strombereich im anomalen Glimm-

rungsanschluß dient, wie weiter unten geschildert entladungsgebiet zeigt.

wird. Das zweite ist eine Säule oder ein vorstehendes Eine Abschätzung der vorhandenen Abmessungen Teil 17, das ein Bestandteil der übrigen Teile 11 oder 55 kann an Hand eines besonderen Ausführungsbeispiels 12 ist, in der Mitte am Boden des hohlen Teils an- gegeben werden, bei dem die größte Breite der Eingeordnet ist und sich von dort aus nach innen er- richtung über alles 6,35 mm und die größte Länge über streckt. An der oberen Fläche 18 dieses vorstehenden alles ausschließlich des vorstehenden Pumpstutzens Teils befindet sich eine Rinne 19, in der der Anoden- 12,7 mm beträgt. Bei dieser Ausführung beträgt der draht oder Stab 20 eingeschmolzen ist. Der Anoden- 60 Durchmesser des Kathodenhohlraumes, d. h. der stab 20 ist somit fest zwischen den beiden vorstehen- Durchmesser der Hohlräume 22 in keramischen Kolben den Teilen gehalten und an diese angeschmolzen. Das 1,02 mm und der Durchmesser der kreisförmigen öffdritte der besonderen Elemente der hohlen Kolben- nung 23 0,25 mm. Der metallische Belag 25 kann etwa teile 11 und 12 ist eine halbkugelförmige Einbuchtung 0,13 mm dick sein, wenn er anfangs aufgebracht wird. bzw. ein Hohlraum 22 in den oberen oder zusammen- 65 Jedoch findet während des Anfangsbetriebs oder der passenden Flächen der Teile 11 und 12 an dem Ende, Alterung der Kathode eine gewisse Neuverteilung des das dem Pumpstutzen 15 gegenüberliegt. Metalls des Belags zwischen verschiedenen Teilen der

Die halbkugelförmigen Hohlräume 22 sind so aus- Hohlraumkathode statt. Der Anodendraht 20 hat

gebildet, daß sie eine einzige kugelförmige Öffnung einen Durchmesser von 0,13 mm, und der Schlitz 19

zwischen dem Inneren des Hohlraumes und dem Inne- 70 hat im wesentlichen eine solche Breite, daß der An-

odendraht hineinpaßt. Um eine genaue Lage und Halterung des Drahts 20 sicherzustellen, wenn zwei vorstehende Teile 17 verwendet werden, kann die Einsatztiefe des Drahts etwas geringer als 0,06 mm sein, und die oberen Flächen 18 der vorstehenden Teile können etwas abgeschliffen werden, so daß der Draht sich etwas über die obere Fläche und zwischen die beiden vorstehenden Teile ausdehnt. Wenn auch der Anodendraht genau gehaltert werden kann, wenn nur einer der Teile 11 und 12 ein vorstehendes Teil 17 aufweist, so können doch Ersparnisse erzielt werden, wenn gleiche Teile 11 und 12 mit jeweils einem vorstehenden Teil 17 verwendet werden.

Bei dem oben beschriebenen besonderen Ausführungsbeispiel waren die Teile 11 und 12 an den Bodenteilen 0,76 mm dick, jedoch an jedem Ende dicker. An dem Ende, wo die Hohlraumkathode innerhalb des Kolbens der Röhre selbst gebildet wird, beträgt die Dicke des Kolbens 2,03 mm. Es wurde ein Pumpstutzen 15 aus einer Kovarröhre von 1,27 mm verwendet.

Man sieht, daß bei den Gasentladungsröhren gemäß der Erfindung der keramische Kolben selbst sämtliche Elektrodenhalterungen bildet, wobei der keramische Kolben weiterhin die kritischen Abmessungen der Kathode sowie ihre Form festlegt.

Ferner sind besondere Einführungsleiter, welche getrennte Anschlüsse und Bearbeitung erfordern, vermieden. Derartige Einrichtungen sind leicht allein dadurch herzustellen, daß die gleichen keramischen Kolbenteile 11 und 12 gefertigt werden, die die metallischen Überzüge 25, 27 und 29 zur Bildung der Kathode mit der Einführungsleiter aufmetallisiert werden und die Einschmelzung durchgeführt wird, bei der der Anodenstab 20 in die Rinnen 19 der Stutzen 15 in die Rinnen 14 eingeschmolzen und die beiden Teile 11 und 12 des Kolbens zusammengeschmolzen werden. Somit wurde infolge der Einfachheit des Aufbaus von erfindungsgemäßen Gasentladungsröhren ihre Herstellung auf eine Mindestzahl von Arbeitsgängen zurückgeführt, die Anzahl der erforderlichen Teile verringert und ihr Preis in gleicher Weise beträchtlich herabgesetzt.

Erfindungsgemäße Gasentladungsröhren können mit einem in der Technik bekannten Gas oder mit Gasmischungen mit einem solchen Druck gefüllt werden, daß die gewünschte negative Widerstandskennlinie der Hohlraumkathode erreicht wird. So ist bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die Röhre mit Neon bei einem Druck von 90 mm Hg gefüllt. Bei dieser Ausführung war der Anodendraht 20 0,18 mm von der Hohlraumkathodenöffnung 23 entfernt angeordnet.

Wenn auch die Verwendung des Pumpstutzens 15 vorteilhaft ist, da er eine genaue Regelung der Gasfüllung ermöglicht, kann der Pumpstutzen auf Wunsch weggelassen werden. Bei einer derartigen Ausführung würde die metallische Schicht 29, welche den Anodeneinführungsleiter bildet, zwischen den zusammenpassenden Flächen der Teile 11 und 12 zu deren Außenflächen führen. Weiter könnte bei einer derartigen Ausführung die Gasfällung durch Zusammenschmelzen der beiden Teile 11 und 12 in einer Atmosphäre der Gasfüllung mit dem gewünschten Druck eingebracht werden.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine andere Ausführung der Erfindung, bei der die Hohlraumkathode einen U-förmigen Kanal aufweist. Eine solche Kathodenform hat, wenn sie in richtiger Beziehung zum Gasdruck und zur Anodenlage steht, ebenfalls eine stabile negative Widerstandskennlinie zur Übertragung von Sprechströmen in einem Strombereich, wenn die Röhre im anomalen Entladungsteil ihrer Strom-Spannungs-Kennlinie betrieben wird. Der Strombereich ist etwas kleiner als der für die ersterwähnten Hohlraumkathoden.

Bei diesem Ausführungsbeispiel hat jeder der keramischen Kolbenteile 32 und 33 eine flache Rinne 34 an ihrer zusammenpassenden Fläche an dem Ende des Kolbens, das dem Pumpstutzen 15 gegenüberliegt. Auf den Wänden dieser Rinne ist eine metallische Schicht 35 aufgebracht, welche die U-förmige Kathode bildet. Der elektrische Anschluß zur Kathode ist wiederum durch die leitende Schicht 27 hergestellt. Ebenso ist wiederum der Anodendraht 38 in die Rinne 19 in der Fläche 18 eines vorstehenden Teils 17 eingebaut, der sich vom Boden wenigstens eines der keramischen Kolbenteile nach innen erstreckt. Bei dieser Ausführung erstreckt sich ein vorstehender Teil 17 nur von dem unteren Kolbenteil 32 aus nach innen. Der elektrische Anschluß zur Anode kann in derselben Weise wie bei der vorher beschriebenen Ausführung hergestellt werden.

Der Anodendraht 38 ist vorteilhafterweise so gebogen, daß er einen langen geraden Teil 39 vor dem Ausgang des Kathodenspalts der U-förmigen Kathode aufweist. Die kritische Lage des Anodendrahts 38 zur Kathode 35 kann leicht durch seine Lage in der Rinne 19 festgelegt werden.

Während bei dem oben an Hand der Fig. 3 und 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel die U-förmige Kathode aus einer leitenden Schicht besteht, die auf die Fläche der Rinnen 34 aufgestrichen oder anderweitig aufgebracht ist, kann bei anderen Ausführungen die Kathode ein vorgefertigtes Teil sein, das in die Rinnen unter leichter Federvorspannung eingepaßt und angeschmolzen ist.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Gasentladungsröhre mit einem aus zwei keramischen Teilen bestehenden Kolben und wenigstens einer Kathode und einer Anode, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode der Form von aneinander angrenzenden Einbuchtungen an den zusammenpassenden Flächen an einem Ende des Kolbens angepaßt ist, daß ferner sich vom Boden wenigstens eines Kolbenteils aus eine als Teil des Kolbens ausgebildete Säule nach innen in den Kolben hinein erstreckt und daß die Anode in einer Rinne in der oberen Fläche der Säule gelagert ist und mit ihrem freien Ende bis unmittelbar an die Kathode heranreicht.

2. Gasentladungsröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Kathode aus einer Schicht aus einem Leiter besteht, die unmittelbar auf der Oberfläche der Einbuchtungen aufgebracht ist.

3. Gasentladungsröhre nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode ein getrenntes metallisches Element enthält.

4. Gasentladungsröhre nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammenpassenden Oberflächen beider Kolbenteile mit den darin befindlichen Einbuchtungen eine leitende Schicht aufweisen, die sich von der Kathode bis zur äußeren Oberfläche des Kolbens erstreckt, um den Kathodeneinführungsleiter zu bilden.

5. Gasentladungsröhre nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Schicht der Kathode sich über die inneren Oberflächen der Kolbenteile unmittelbar bei den Einbuchtungen und die von ihnen gebildete Hohlraumkathode erstreckt.

6. Gasentladungsröhre nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbuchtung in jedem keramischen Kolbenteil halbkugelförmig ist und sie zusammen eine Hohl- ίο raumkathode mit einer Öffnung bilden, die eine Verbindung zwischen dieser und dem Inneren des Kolbens herstellt.

7. Gasentladungsröhre nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein metallischer Pumpstutzen zwischen den Enden der keramischen Kolbenteile, die den Enden mit der Hohlraumeinbuchtung gegenüberliegen, angeordnet ist, der über einen metallischen Belag entlang der inneren Oberfläche dieses keramischen Kolbenteils und der Säule mit dem Anodendraht auf der Säule verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 703 692, 704 846;
USA.-Patentschrift Nr. 1 992 493.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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