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Elektrische Entladungsröhre Es sind elektrische Entladungsröhren bekannt,
bei denen die Entladung als Lichtbogen zwischen einer Glühkathode und einer Anode
innerhalb eines Kolbens vor sich geht, in dem sich ein ionisierbares Medium unter
einem Druck befindet, der bei Betriebsbedingungen im allgemeinen einen Wert von
2000 #L Hg nicht übersteigt.
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Es ist ferner bekannt, daß bei Stromfluß in Form eines Lichtbogens
von der Anode zur Glühkathode der Bogen unter bestimmten Bedingungen von der Kathode
auf eine oder mehrere Stellen auf einer zwischen der Glühkathode und der Anode liegenden
Metallfläche überspringen kann, von der eine Kaltkathodenemission ausgeht. Dieses
Überspringen kann dann auftreten, wenn der Spannungsabfall längs des Bogens auf
Werte ansteigt, bei denen eine Kaltkathodenemission aufrechterhaltenwerden kann.
Diese Bedingung tritt beispielsweise auf, wenn die Glühkathodenemission selbst nicht
ausreicht, um den Bogenstrom zu halten oder wenn eine hohe Stromdichte innerhalb
des Bogens herrscht, wobei ein derartiges Überspringen einleitende Stromdichte um
so höher liegt, je höher der Gas- oder Gesamtdruck ist.
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Das von der Glühkathode zerstäubte Material kann sich auf einer Metallzwischenf(äche
ablagern und dort leicht einen emissiven Kathodenfleck bilden. Falls die metallene
Zwischenfläche eine die Bogenentladung beeinflussende Steuerelektrode ist und in
bekannter Anordnung Steuerelektroden quer zur Entladungsbahn angeordnet und mit
einer oder mehreren öffnungen für den Durchgang der Entladung vorgesehen sind, so
kann der Zustand eintreten, daß die Steuerelektrode ihre Funktion nicht mehr in
der ihr zukommenden Weise ausübt.
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Es ist ferner vorgeschlagen worden, eine Vorentladung zwischen einer
Hilfsglühkathode und einer Anode herbeizuführen, welche durch die Öffnungen einer
Zwischenelektrode hindurchgeht und an dieser eine Elektronenemission auslöst, so
daß der Entladungsbogen auf diese als Hauptkathode dienende Zwischenkathode überspringt.
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Eine gas- oder dampfgefüllte Entladungsröhre mit einer Anzahl zwischen
einer Elektronen emittierenden Glühkathode und einer Anode angeordneter hintereinanderliegender,
mit Öffnungen versehener Zwischenelektroden sowie mit einer Steuerelektrode in der
Nähe der Elektronen emittierenden Glühkathode wird erfindungsgemäß dadurch verbessert,
daß eine durch Beeinflussung des Potentials der Steuerelektrode an der als Hilfskathode
dienenden, Elektronen emittierenden Glühkathode gezündete Vorentladung beim Durchgang
durch die mit Öffnungen versehenen Zwischenelektroden eine Elektronenemission aus
deren normalerweise nicht Elektronen emittierendem Elektrodenmaterial in der Nähe
der Öffnungen auslöst, die Bogenentladung von der Hilfskathode zuerst auf die der
Glühkathode zunächst gelegene, als Hauptkathode dienende Zwischenelektrode überspringt
und anschließend die Form von in Reihe liegenden bzw. hintereinandergeschalteten
Lichtbögen zwischen dieser Hauptkathode, der bzw. den weiteren, mit Öffnungen versehenen
Zwischenelektrode(n) und der Anode. annimmt.
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Die Entladungsröhre ist zweckmäßigerweise so ausgestaltet, daß die
Öffnungen in den Zwischenelektroden zur Erleichterung der Bildung der in Reihe liegenden
Bogenentladungen quer zur Entladungsstrecke gegeneinander versetzt liegen.
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Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden
Zeichnung im einzelnen beschrieben, in der Fig. 1 den schematischen Aufbau einer
elektrischen Entladungsröhre mit den Erfindungsmerkmalen und Fig.2 ein Schaltschema
darstellt, in dem die Röhrenanordnung nach Fig.1 Anwendung finden kann.
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Die in Fig. 1 dargestellte Röhre besitzt nur eine einzige Zusatzkathode.
In einem vakuumdichten Kolben 1 ist eine Anode 2, eine Hauptkathode 3 und eine Zwischenelektrode
4 angeordnet, und der Kolben
enthält Gas und/oder Dampf unter einem
niedrigen Druck. Zur Erzeugung solchen Dampfes kann etwas Quecksilber mit in den
Kolben eingeführt werden. Die Zwischenelektroden 3, 4 bestehen je aus einem Metallstück
mit einer oder mit mehreren öffnungen 5, 6, die in der Mittelachse des Elektrodenaufbaus
liegen oder um einen beliebigen Betrag versetzt sind, der den gewünschten Betriebsbedingungen
entspricht. Die Zwischenelektroden 3, 4 sind elektrisch leitend auf mit einem abgebogenen
Rand versehenen Unterlagen 7, 8 befestigt, die ungefähr den Querschnitt des Kolbens
1 ausfüllen, aber noch genügend Platz lassen für den Durchlauf von Quecksilber von
dem einen Ende des Kolbens zum anderen Ende, falls solches mit in dem Kolben eingeschlossen
ist. Die Öffnungen in den Unterlagen 7, 8 befinden sich an denselben Stellen wie
die Öffnungen 5, 6 der Elektroden 3, 4.
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Die Unterlage 7 wird durch die Zuführung 9 gehalten, die an die Zuleitung
10 angeschlossen ist, die ihrerseits durch den Kolben hindurchgeführt ist und den
Hauptkathodenanschluß bildet. Die Unterlage 8 ist an die Durchführung 12 angeschweißt,
diewiederum in einer Glashalterung 13 in einer seitlichen Ausbuchtung 14 des Kolbens
befestigt ist und den Anschluß der Zwischenelektrode 4 bildet. Die Metallkappen
11, 15; sind auf die Durchführung 10 bzw. 12 aufgeschraubt und mit ihnen verschweißt
und schirmen die Verbindungen zwischen den Zuleitungen und den Glaseinbettungen
10 a, 12 a ab; sie werden an den Zuleitungen angeordnet, um das Einschließen im
Kolben 1 zu erleichtern.
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Die Anode 2 sitzt an einer vakuumdicht durch den Glaskolben durchgeführten
Zuleitung 16, welche den Anodenanschluß bildet. Wenn zwischen der Anode und der
als Hauptkathode dienenden Zwischenelektrode 3 hohe Spannungen angelegt werden sollen,
kann die Zuleitung 16 durch eine Glashalterung einer beliebigen Ausführung gestützt
werden, die für einen Hochspannungsbetrieb geeignet ist.
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Eine Glühhilfskathode 17, z. B. eine direktgeheizte Kathode, besteht
aus einer Spirale aus geeignetem Metall, wie z. B. Nickel, das mit einem Material
von niedriger Austrittsarbeit überzogen ist, z. B. mit Oxyden der Erdalkalimetalle,
und wird von ihrer elektrischen Zuleitung 18, 19 gehalten. Eine Steuerelektrode
in Form eines perforierten, querliegenden Prallbleches 20, das auf einem aus Metallblech
zylindrisch geformten Teil 21 sitzt, wird von der Zuführung 22 gehalten.
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Der Betrieb der Röhre wird durch das Schaltbild in Fig. 2 erläutert.
Die Anode 2 und die Hauptkathode 3 liegen in Reihe mit dem Verbraucherstromkreis
32 an den Zuleitungen 31. Die Zwischenelektrode 4 ist über den Widerstand 33 mit
Anode 2 und über den Widerstand 34 mit der Hauptkathode 3 verbunden; die Kondensatoren
35, 36 können, falls nötig, parallel zu den Widerständen 33, 34 geschaltet werden.
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Die Steuerelektrode 20 ist mit der Glühhilfskathode 17 über einen
Steuerkreis 37 verbunden, über den das Potential der Steuerelektrode 20 in bezug
auf die Hilfskathode 17 nach Belieben gesteuert werden kann. Die Hilfskathode 17
hat außerdem Verbindung zur Hauptkathode 3 über den Widerstand 38 und den Kondensator
39; in manchen Fällen reicht es aus, wenn der Widerstand 38 aus dem Streuwiderstand
und der Kondensator 39 aus der Streukapazität zwisehen Hauptkathode 3 und Hilfskathode
17 besteht. Beim Betrieb hat das Potential der Steuerelektrode 20 in bezug auf die
Hilfskathode 17 anfänglich solch einen Wert, daß zur Hilfskathode 17 keine Entladung
stattfindet; wenn dieser Potentialunterschied nun ausreichend in positiver Richtung
geändert wird, wird eine Vorentladung zur Hilfsglutkathode 17 gezündet, die entweder
an der Steuerelektrode 20; an der Anode 2 oder an der Zwischenelektrode 6 oder an
einer beliebigen anderen Zwischenelektrode (in der Zeichnung nicht dargestellt)
ansetzt. In der Öffnung 5 befinden sich dadurch Ladungsträger von dieser Vorentladung
oder gelangen dorthin. Wenn das Potential der Anode 2 genügend hoch ist, bildet
sich dadurch zwischen den Zwischenelektroden 4 und 3 eine Entladung aus. Ladungsträger
aus dieser Entladung gelangen durch die Öffnung 6 und bewirken eine Entladung zwischen
der Zwischenelektrode 4 und der Anode Z. Bei der erfindungsgemäßen Röhre ist der
Entladungsstrom so hoch gewählt, daß an den Zwischenelektroden 3 und 4 in der Nähe
ihrer Öffnungen 5 und 6 Ansatzpunkte für die Bogenentladung gebildet werden und
der Strom zwischen der Anode 2 und der Hauptkathode 3 über zwei in Reihe liegende
hintereinandergeschaltete Bogenentladungen fließt.
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Die Anwesenheit der zusätzlichen Zwischenelektrode 4 auf einem Potential
zwischen dem der Anode 2 und dem der Hauptkathode 3 erhöht das Potential, das zwischen
den Hauptelektroden angelegt werden kann, ohne daß ein unbeabsichtigter überschlag
stattfindet. Die Zwischenelektrode 4 dient außerdem als ein Entionisierungsschirm
am Ende der Stromleitung. Falls zwei oder mehrere Zwischenelektroden zwischen Anode
4 und Hauptelektrode 3 angeordnet werden, werden diese in gleicher Weise mit Punkten
von Zwischenpotentialen auf einer Widerstandskette, wie sie die Widerstände 33,
34 darstellen, verbunden.
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Die Unterlagen 7 und 8 können, falls erforderlich, so ausgebildet
sein, daß sie das Entladungsgefäß in getrennte Räume unterteilen, in denen verschiedene
Werte von Dampfdrücken aufrechterhalten werden können. Die Unterlagen 7 und 8 können
auch in ihrem Durchmesser über den des Kolbens 1 hinausgehen, wobei der Kolben dann
aus zwei getrennten zylindrischen Teilen (aus Glas oder teilweise oder vollständig
aus keramischem Material) besteht, zwischen deren Enden die Unterlagen 7 und 8 vakuumdicht
eingeschlossen werden. Zum Durchfluß von kondensiertem Quecksilber können in den
Unterlagen 7 und 8 Öffnungen vorgesehen werden.
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Die in Fig. 1 dargestellten und beschriebenen Hauptkathode und Zwischenelektroden
bestehen aus leitendem Material; z. B. aus Graphit, Nickel oder Molybdän. Die Einzelteile
3, 4, können vollständig oder teilweise aus einer innigen Mischung aus leitenden
und isolierenden Teilchen hergestellt sein, z. B. aus Nickel und Aluminiumoxyd.
Falls die Teile 3, 4 nur teilweise aus solch einer Mischung bestehen, so befindet
sich dieses Material in der Nähe der öffnungen 5, 6. Es kann auch ein Isolierteil
in der Nähe der Öffnung in enger Verbindung mit den leitenden Teilen 3 und 4 angeordnet
werden, um die Bildung eines Kathodenansatzpunktes durch Feldemission anzuregen.
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Die Hilfsglühkathode 17 (in Fig. 1 und 2 mit direkter Heizung dargestellt)
kann wahlweise auch indirekt geheizt werden oder in Form einer Flüssigkeitskathode
bestehen.