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Glimmentladungszählröhre Es sind Glimmentladungszählröhren bekannt,
bei welchen die meistens aus Draht bestehenden gestreckten Kathoden gegenüber der
gemeinsamen Anode je in gleicher Richtung schräggestellt sind. Die Schrägstellung
der Kathoden verfolgt dabei den Zweck, eine bestimmte Zählrichtung zu schaffen,
so daß die Glimmentladung unter dem Einfluß elektrischer Impulsspannungen stets
in derselben Richtung von einer Kathode zur benachbarten Kathode überspringt. Um
ein zuverlässigeres Zünden der in der Zählrichtung nachfolgenden Kathode zu erhalten,
hat man an den anodennahen Enden der schräggestellten Kathoden noch abgewinkelte
Zündfortsätze vorgesehen, deren eines Ende zur Anode und deren anderes Ende zum
schräggestellten Teil der in der Zählrichtung nachfolgenden Kathode hinweist. Es
entstehen dadurch Kathoden, welche die Form eines schräggestellten T aufweisen,
Für Röhren mit umkehrbarer Zählrichtung sind ferner Kathoden bekannt, die ebenfalls
aus Drähten bestehen, die schräg zur Anode orientiert sind. Es werden hierbei jedoch
zwei Anoden und zwei Sätze von Kathoden verwendet, wobei je zwei korrespondierende
Kathoden der zwei Sätze konstruktiv miteinander vereinigt sind. Durch diese Maßnahme
entstehen Kathoden von der Form eines Doppelhakens, dessen freie Schenkel in verschiedene
Richtungen zeigen und einen durch die Schrägstellung zu den beiden Anoden bedingten
flachen Winkel bilden.
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Ferner ist für Zählröhren bekannt, die Kathoden aus U-förmig gebogenen
Blechen zu bilden, wobei die Enden der parallelen Schenkel der U-Form zur Anode
hinweisen, während das gekrümmte Verbindungsstück dieser beiden Schenkel von der
Anode entfernt ist. Um bei dieser Kathodenform eine bestimmte Zählrichtung zu erhalten,
ist am einen Schenkel der U-Form ein parallel zur Anode und zur benachbarten Kathode
hinweisender Zündfortsatz angebracht.
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Schließlich ist für Glimmentladungszählröhren eine Kathodenform bekanntgeworden,
welche im wesentlichen aus einem kurzen Hohlzylinder besteht, dessen Achsrichtung
parallel zur Längsrichtung der für alle Kathoden gemeinsamen Anode verläuft. Um
bei dieser Kathodenform eine bestimmte Zählrichtung zu erhalten, ist das eine Ende
des Hohlzylinders geschlossen und das andere Ende offen ausgeführt.
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Diese und andere Kathodenformen erlauben aber eine befriedigende Funktion
der Zählröhre bei wenig kritischen Betriebsbedingungen nur dann, wenn als Füllgas
ein Edelgas oder eine Mischung von Edelgasen zur Anwendung kommt. Die maximale Zählgeschwindigkeit
der Zählröhre ist aber bei Edelgasfüllung verhältnismäßig niedrig und beträgt beispielsweise
für die übliche Neonfüllung etwa 10 kHz. Maßgebend für diese geringe Zählgeschwindigkeit
ist die für Edelgase verhältnismäßig große Ionisations-und Entionisationszeit. Es
ist nun ebenfalls bekannt, daß man in der Wasserstoffglimmentladung infolge der
viel größeren Ionenbeweglichkeit erheblich kürzere lonisations- und Entionisationszeiten
hat. Verantwortlich hierfür ist auch, daß in Wasserstoff an der Kathode ein beträchtlicher
Teil der Nachlieferungselektronen auf photoelektrischem Wege durch das negative
Glimmlicht erzeugt wird. Aus solchen Erwägungen heraus wäre somit die Edelgasfüllung
ganz oder teilweise durch Wasserstoff zu ersetzen, um die Zählgeschwindigkeit von
Glimmentladungszählröhren erheblich zu erhöhen. Wird nun aber in einer Glimmentladungszählröhre
mit gegebener Anordnung und Ausbildung der Röhrenelektroden dem Edelgas Wasserstoff
beigemengt, so gehen die vorher vorhandenen stabilen Entladungsvorgänge unter sonst
äquivalenten elektrischen und gaskinetischen Voraussetzungen schon bei geringen
Wasserstoffanteilen verloren. Das Glimmlicht hat die Neigung, in unkontrollierbarer
Weise von einzelnen Kathoden auf andere Kathoden oder auf die fast unvermeidlich
mit einer dünnen Schicht zerstäubten Metalls bedeckten Isolierteile der Röhre zu
springen, was eine Folge der oft auftretenden Kippschwingungen sein dürfte. Bei
reiner Wasserstoffentladung sind diese und andere Störungen besonders ausgeprägt,
und die an sich mögliche Erhöhung
der Zählgeschwindigkeit konnte
aus diesen Gründen in Röhren mit den üblichen Elektrodenausbildungen praktisch nicht
oder höchstens teilweise verwirklicht werden.
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Die Erfindung befaßt sich mit einer Glimmentladungszählröhre mit einer
Mehrzahl von in Reihe nebeneinander angeordneten kalten Drahtkathoden, deren der
benachbarten Anode zugewendete Enden geschlossen sind, bei welcher die Glimmentladung
beim Anlegen und Wegnehmen elektrischer Impulsspannungen jeweils von einer Kathode
auf eine benachbarte Kathode überspringt. Zweck der Erfindung ist, die oben kurz
erläuterten Mängel bei Anwendung von wasserstoffhaltigem Füllgas zu beseitigen.
Bei einer Glimmentladungszählröhre der genannten Art wird dies nun dadurch erreicht,
daß erfindungsgemäß bei Verwendung einer Wasserstoff enthaltenden Gasfüllung die
Drahtkathoden die Form von U-förmigen Haken oder von ovalen Ringen haben, deren
Schenkelabstand entsprechend dem Gasdruck derart gewählt ist, daß unter dem Einfiuß
eines Hohlkathodeneffektes das Glimmlicht sich innerhalb der vom Haken oder Ring
umschlossenen Fläche konzentriert. Jede der Kathoden ist dabei vorzugsweise auf
einer besonderen Stütze befestigt, welche aus einem Werkstoff besteht, der eine
höhere Elektronenaustrittsaxbeit aufweist, als der Werkstoff, aus welchem die Kathoden
gebildet sind. Außerdem sind die Stützen aller Kathoden zweckmäßig in einem Isolierträger
befestigt, der an seiner den Kathoden zugewendeten Oberfläche Vertiefungen aufweist,
die von den Stützen konzentrisch durchsetzt werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch
dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Glimmentladungszählröhre
mit einer Draufsicht auf alle Röhrenelektroden, wobei eine Röhre mit zwei Anoden
und umkehrbarer Zählrichtung veranschaulicht ist, Fig. 2 einen zur Röhrenachse parallelen
Schnitt an der Stelle 2-2 der Fig. 1, welcher eine Frontansicht der verwendeten
ringförmigen Kathoden vermittelt und einen Schnitt durch den Isolierträger zeigt,
in welchem die Stütze der gezeigten Kathode befestigt ist, und Fig. 3 einen der
Fig. 2 entsprechenden Schnitt mit der Frontansicht auf eine hakenförmige Kathode.
Innerhalb des in der Fig. 1 im Querschnitt dargestellten Röhrenkolbens 4 erstrecken
sich zwei zueinander konzentrische Anoden 5 und 6, welche entweder Drahtringe oder
kürzere Blechzylinder sein können. Im Ringraum zwischen diesen Anoden sind die Kathoden
7 bis 16 angebracht, welche sich schräg zur Umfangsrichtung der kreisförmigen Kathodenreihe
erstrecken. Die inneren Enden der Kathoden 7 bis 16 weisen zur einen Anode 5 hin,
während ihre äußeren Enden der anderen Anode 6 benachbart sind. Ist die innere Anode
5 im Betrieb, so verläuft die Zählrichtung im Gegenuhrzeigersinn; beim Betrieb der
äußeren Anode 6 stellt sich die umgekehrte Zählrichtung ein.
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Während bei Füllung des Röhrenkolbens 4 mit Edelgasen die Kathoden
7 bis 16 aus einfachen gestreckten Drähten oder Bändern bestehen können, ist bei
der erfindungsgemäßen Röhre bei Verwendung von wasserstoffhaltigem Füllgas den Kathoden
7 bis 16 die Gestalt eines Hakens oder ovalen Ringes gemäß den Fig. 2 oder 3 gegeben,
wobei natürlich die nähere Formgebung des Hakens oder Ringes variiert werden kann.
Die symmetrische und ringförmige Ausbildung der Kathoden 7 bis 16 nach der Fig.
2 findet vorzugsweise Anwendung in Glimmentladungszählröhren mit zwei Anöden 5 und
6 und mit wahlweise umkehrbarer Zählrichtung: Wird nur eine Zählrichtung benötigt,
so kann beispielsweise die Anode 6 fortgelassen werden, und die Kathoden 7 bis 16
erhalten dann zweckmäßig die hakenförmige Ausbildung entsprechend der Fig. 3. In
beiden Ausführungen ist die Haken- oder Ringöffnung 17 (Fig. 2 und 3) aller Kathoden
jeweils so orientiert, daß man z. B. vom äußeren Ende der Kathode 7 (Fig. 1) durch
die Haken- oder Ringöffnung der in der Zählrichtung nachfolgenden Kathode 16 ein
Stück der maßgebenden Anode 5 sehen kann. Umgekehrt soll man aber auch bei einer
Röhre mit zwei Anoden 5 und 6 beispielsweise vom inneren Ende der Kathode 15 durch
die Haken- oder Ringöffnung der Kathode 16 hindurch ein Stück der äußeren Anode
6 sehen. Der Abstand zwischen den beiden parallelen Schenkeln des Hakens (Fig. 3)
oder ovalen Ringes (Fig: 2) ist zweckmäßig klein gegenüber der Länge dieser Schenkel.
Ferner soll der Schenkelabstand derart in Beziehung zum Gasdruck des Füllgases stehen,
daß sich das negative Glimmlicht gerade noch innerhalb der Haken- oder Ringöffnung
17 (Fig. 2 und 3) der Kathoden ausbreitet. Das Glimmlicht wird diese Region dann
infolge eines leichten Hohlkathodeneffektes bevorzugen und weniger zu unkontrollierbarem
Wegspringen neigen. Bei richtiger Bemessung erblickt man das visuelle Helligkeitsmaximum
des negativen Glimmlichtes in der Form einer länglichen Zone, die sich ungefähr
in der Mitte zwischen den beiden parallelen Schenkeln der haken- oder ringförmigen
Kathode erstreckt und als Ganzes noch leicht in Richtung zu der im Betrieb befindlichen
Anode hin verschoben ist. Im übrigen wird man die Betriebsbedingungen noch so wählen,
daß die jeweils brennende Kathode praktisch auf ihrer ganzen Länge mit Glimmlicht
bedeckt ist. Unter diesen Umständen ergibt sich eine Stabilisierung des Glimmlichtes
auf den einzelnen Kathoden, die auch bei Anwendung von erheblichen Wasserstoffanteilen
im Füllgas noch wirksam ist. Gleichzeitig erreicht man damit eine kräftige Vorionisation
im Bereich der in der Zählrichtung nachfolgenden Kathode, die sich günstig auf die
erzielbare Zählgeschwindigkeit auswirkt.
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Die Haken- oder Ringform der Kathoden kann nicht nur mit Drähten,
sondern auch mit Blechen verwirklicht werden. Dabei kann die Blechebene selbst zur
Haken- oder Ringform gebogen werden, oder das Blech kann eine ausgestanzte Haken-
oder Ringform aufweisen und im Sinne der Fig. 2 und 3 hochkant angeordnet sein.
Wird nur eine einzige Zählrichtung und damit nur eine Anode in der Glimmentladungszählröhre
benötigt, so ist die Variationsmöglichkeit der im Prinzip hakenförmigen Kathoden
noch größer. Beispielsweise ist es dann nicht unbedingt notwendig, daß die beiden
Schenkel des Hakens parallel laufen; es kann vielmehr der eine Schenkel mehr oder
weniger stark aufgebogen sein: Auch kann der eine Schenkel länger oder kürzer als
der andere Schenkel gemacht werden, ohne daß die erwünschte Hohlkathodenwirkung
erheblich beeinträchtigt würde: Unter Verwendung von U- oder V-förmig geknickten
Blechen oder Bändern ergeben sich ebenfalls noch brauchbare Kathodenformen, die
aus der Hakengestalt abgeleitet sind und je nach dem
Druck und der
Zusammensetzung des wasserstoffhaltigen Füllgases eine Stabilisierung des negativen
Glimmlichtes ermöglichen.
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Es hat sich ferner als zweckmäßig erwiesen, die Kathoden 16 (Fig.
2 und 3) auf Stützen 18 zu befestigen, welche eine höhere Elektronenaustrittsarbeit
haben als die Kathoden 16, so daß die Glimmentladung wenig Neigung zeigt, sich von
den Kathoden 16 aus auch auf die Stützen 18 auszudehnen. Zu diesem Zweck kann man
beispielsweise die Kathoden 16 aus Molybdändraht und die Stützen 18 aus Nickeldraht
fertigen. Die Verbindung der Kathoden 16 mit ihren Stützen 18 erfolgt durch Verschweißung;
in der Zeichnung ist die Schweißstelle mit 19 bezeichnet. Die Stützen 18 sind bei
den üblichen Röhrenkonstruktionen in einer kreisringförmigen Isolierplatte 20 befestigt,
die auch zur Halterung der Anoden 5 und 6 dienen kann und im Röhrenkolben
4 geführt wird. Die Isolierplatte 20 kann aus einem Werkstoff auf keramischer
Basis bestehen, und die Stützen 18 werden dann etwa mittels Zement befestigt. Auf
ihrer den Kathoden 7 bis 16 zugewendeten Oberfläche wird die Isolierplatte 20 ferner
mit vorzugsweise kreiszylindrischen Vertiefungen 21(Fig. 2 und 3) versehen, wobei
die Stützen 18 diese Vertiefungen 21 mit genügend radialem Spiel durchsetzen. Die
Abmessungen dieser Vertiefungen 21 sind in bezug auf die Stützen 18 derart, daß
das Glimmlicht - selbst wenn es vorübergehend auf die Stützen 18 übergreifen sollte
- sich innerhalb dieser Vertiefungen 21 nicht ausbilden kann. Unter Beachtung aller
dieser Maßnahmen erhält man mit der beschriebenen Glimmentladungszählröhre selbst
bei reiner Wasserstofffüllung noch stabile Entladungen, und es werden maximale Zählgeschwindigkeiten
von wesentlich mehr als 2 Megahertz erreicht.
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Die beschriebene Glimmentladungszählröhre kann praktisch in jeder
der bekannten Schaltungen verwendet werden, die für höhere Zählgeschwindigkeiten
geeignet sind. Beispielsweise kann man die zu zählenden Impulse dem Potential der
in Frage kommenden Anode überlagern, wobei im Stromkreis jeder der Kathoden ein
durch eine Kapazität überbrückter Ohmscher Widerstand eingeschaltet ist. Man kann
aber auch je nach der gewünschten Zählrichtung die betreffende Anode über einen
Anodenwiderstand an den positiven Pol der Spannungsquelle legen, alle geradzahligen
Kathoden mit dem negativen Pol der Spannungsquelle verbinden und die zu zählenden
Impulse den verbleibenden ungeradzahligen Kathoden gemeinsam zuführen.