DE303457C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAM

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Entladungsgefäße, bei welchen die elektrische Energie durch negativ geladene Teilchen, die sogenannten Elektronen, durch einen luftleeren Raum geführt wird.

Elektronen werden von verschiedenen Stoffen bei Glühtemperatur ausgesandt, ferner auch von verschiedenen Metallen, insbesondere Alkalimetallen, bei Bestrahlung mit ultraviolettem Licht. Wenn zwischen einem genügend hoch glühenden Körper als Kathode und einem anderen Leiter als Anode eine Spannung aufgedrückt wird, dann geht durch den zwischenliegenden entlüfteten Raum eine Entladung über, deren Stärke der ³J₂ Potenz der aufgedrückten Spannung proportional ist, vorausgesetzt, daß der Gasdruck unterhalb des Mindestwertes liegt, bei welchem eine Gasionisation durch Elektronenstoß eintritt. Die Elektronenentladung ist unabhängig vom Vakuum und durch vollständige Abwesenheit von Lichterscheinungen, wie z. B. des Glimmens des verdünnten Gasraumes und der Fluoreszenz des Glases ausgezeichnet.

Da jedes Elektron von einem elektrostatischen Feld und bei seiner Bewegung von einem magnetischen Feld umgeben ist, so unterliegt die Bewegung der Elektronen der Einwirkung elektromagnetischer und elektrostatischer Kräfte. Daher ist jedes der Elektronen eines gegebenen Raumes von den Feldern sämtlicher übrigen Elektronen des Rau- ■ mes beeinflußt, eine Wirkung, die im folgenden, als Raumladung bezeichnet werden soll.

Die Erfindung bezweckt in erster Linie, die ³S Wirkung der Raumladung eines Entladungsgefäßes zu verringern, ohne Einbuße an Wirksamkeit. Zu diesem Zweck wird im Entladungsgefäß durch einen positiv geladenen Leiter, dessen Potential sehr hoch gewählt sein mag, ein, positives elektrostatisches Feld erzeugt. Gleichzeitig wird aber durch ein elektromagnetisches Feld, welches im wesentlichen parallel zur Verbindungslinie von Anode und Kathode bzw. parallel zum Entladungsweg ist, die Bewegung der Elektronen auf ein bestimmtes Gebiet beschränkt und hierdurch verhütet, daß sie sich auf den das elektrostatische Feld erzeugenden Leiter entladen. Der positiv geladene Leiter vergrößert daher durch Beseit igung bzw. Verringerung der Raumladungswirkung den Elektronenstrom, ohne selbst Energie zu verbrauchen.

Die Zeichnung zeigt mehrere Ausführungsbeispiele. ' Das in Fig. 1 dargestellte Entladungsgefäß,

welches beispielsweise zur Verstärkung bzw. zum Anzeigen, schwacher elektrischer Schwingungen dienen mag, besteht aus einem zylindrischen Gefäß ι aus Glas, Quarz oder einem anderen geeigneten Nichtleiter. Die die Elektronen aussendende Kathode 2 besteht aus einem in der Gefäßachse angeordneten gestreckten Draht aus einem sehr hitzebeständigen Stoff, ζ. B. Wolframdraht, und wird

durch elektrischen Strom zum Glühen gebracht, welcher dem Kathodendraht durch die in üblicher Weise in der Glaswand eingeschmolzenen Stromzuführungsdrähte 3 und 4 zugeführt wird. Durch eine schwache Feder 5 wird der Kathodendraht gestreckt gehalten.' Der Stromzuführungsdraht 4 durchsetzt eine Öffnung der Anode 6, die gleichfalls aus einem sehr hitzebeständigen Stoff, vorzugsweise Wolfram, besteht. Die Anode soll möglichst von Gas befreit sein. Es geschieht dies dadurch, daß beim Entlüften des Gefäßes an die Elektroden Spannung angelegt und die Anode hierdurch einem Bombardement durch Elektronen ausgesetzt wird. Der Gasdruck hängt etwas von der Spannung und Stromstärke der Entladungsröhre ab und mag einige hunderttausendstel Millimeter Hg oder selbst noch weniger betragen.

Die Kathode 2 ist von einem Leiter 7 umgeben, welcher vorzugsweise aus einer eng gewundenen Drahtspirale besteht, die sich in der Richtung der Längsachse mindestens ebenso weit erstreckt wie die Kathode und der Gefäßwand eng anliegt. Der Leiter 7 kann in manchen Fällen in einer zylindrischen Metallhülse oder selbst in einem metallischen Überzug an der inneren Gefäßwand bestehen. Er ist mit dem positiven Pol einer geeigneten Spannungsquelle 8 verbunden, z. B. einer Batterie, deren negativer Pol mit der Kathode verbunden ist. Um an dem Leiter 7 ein Potentialgefälle ähnlich demjenigen des Kathodendrahtes zu erzeugen, sind seine Klemmen mit einer Batterie 9 verbunden, deren Spannung so eingestellt wird, daß die Potentialdifferenz gegenüberliegender Punkte beider Leiter konstant ist. Die Kathode wird durch eine Batterie 10, die durch die Leiter 11 und 12 mit den Stromeinführungsdrähten 3 und 4 verbunden ist, zum Glühen gebracht. Zwischen der Kathode 2 und der Anode 6 liegt eine Ortsstromquelle, z. B. eine Batterie 13, deren positiver Pol mit der Anode verbünden ist. In diesem Ortsstromkreis liegt eine Anzeigevorrichtung 14, ζ. Β. ein Telephonempfänger oder ζ. Β. ein elektromagnetisches Relais.

Wenn zwischen Kathode und Anode durch die Stromquelle 13 eine Spannung aufgedrückt wird, fließt ein andauernder Elektronenstrom · durch den entlüfteten Raum zwischen Kathode und Anode. Wie bereits angedeutet wurde, wird dieser Strom für eine gegebene Spannung durch die Raumladung begrenzt und verringert. Die Raumladung hängt von der geometrischen Gestalt der Elektronenentladung, von der Elektrodenentfernung und anderen Umständen ab. Wenn der Leiter 7 positiv geladen wird und hierdurch dem elektrostatischen Feld um die Kathode eine radiale Komponente gegeben wird, dann wird die Raumladung in einem Maße verringert, welches dem Potential der positiven Ladung entspricht. In diesem Fälle würde aber der Elektronenstrom . teilweise zum Leiter 7 hinübergehen, welcher dann als Anode wirken und hierdurch die Wirksamkeit der Vorrichtung nach Maßgabe seiner Ladung verringern würde.

Gemäß der Erfindung wird nun die Entladung der Elektronen gegen den positiv geladenen Körper, welcher als Neutralisator bezeichnet werden mag, dadurch verhütet, daß das Entladungsgefäß von einer Magnetspule 15 umgeben wird, welche bei geeigneter Erregung ein elektromagnetisches Feld parallel zur Kathode 2 erzeugt. Dieses Feld zwingt die Elektronen, sich in gekrümmten Bahnen um die Kathode herumzubewegen, so daß sie zur Kathode zurückkehren würden, wenn zwischen dieser und der Anode keine Spannung aufgedrückt wäre, während sie bei aufgedrückter Spannung sich schraubenlinienförmig um die Kathode herumwinden, bis sie die Anode erreichen. Durch Änderung des Potentials des positiv geladenen Neutralisators 7 kann bei genügend hoher Kathodentemperatur der Entladestrom geändert werden.

Die beschriebene Vorrichtung kann, wie erwähnt wurde, zum Anzeigen elektromagnetischer Wellen dienen. Diese werden beispielsweise durch eine geerdete Antenne 16 aufgenommen und durch einen lose gekoppelten Transformator 17 einem ,abgestimmten Schwingungskreis 18 aufgedrückt, der einen Kondensator 19 enthält. Die dem Zeichen der gewünschten, Frequenz entsprechenden Schwingungen superponieren sich der positiven Spannung des Neutralisators 7. Wenn die Wellenspannung positiv ist, wird der Elektronenstrom verstärkt, wenn sie negativ ist, wird der Elektronenstrom geschwächt. Diese Stromschwankungen können durch den Empfänger 14 angezeigt werden. Parallel zu diesem liegt ein Kondensator 20, welcher Hochfrequenzschwingungen absorbiert. .

Die Elektronen verlassen die Kathode mit verschiedenen Geschwindigkeiten; die meisten von ihnen haben geringere Geschwindigkeiten. Der Zuwachs des Elektronenstromes ist daher nicht proportional dem Zuwachs des positiven Potentials des Neutralisators, sondern nimmt

mit wachsender Spannung sehr rasch zu, während er mit sinkender Spannung nur langsam abnimmt. Es ist zu beachten, da & die positive Spannungsquelle 8 nichts zur Energie beiträgt, da die Elektronen den Neutralisator 7 nicht erreichen,

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform dient zur Gewinnung von Wechselstrom aus einer Gleichstromquelle.. Der Neutralisator besteht in diesem Falle aus; einem der Glaswand anliegenden Metallzylinder 21, dem aus einer Stromquelle 23, z. B. einem Stromerzeuger, Transformator,- Oszillator o. dgl., eine Wechselspannung, vorzugsweise von hoher Spannung, aufgedrückt wird. Die zylindrische Hülse 21 besitzt ein ringförmiges Endstück 22, welches senkrecht zur Achse liegt und eine verhältnismäßig große elektrostatische Feldkomponente parallel zur Kathode 2 erzeugt. Außerdem ist wie bei dem ersten Ausführüngsbeispiel ein Solenoid 15 zur Erzeugung eines magnetischen Feldes vorhanden. Wenn der Leiter 21 positiv wird, fließt ein verhältnismäßig großer Elektronenstrom zur Anode 6, wie bereits bei Fig. ι erläutert wurde. Wenn dagegen der Leiter 21 negativ wird, dann treibt die negative Ladung zusammen mit der Raumladung die Elektronen zur Kathode zurück, so daß trotz des elek-

• trischen Feldes zwischen Anode und Kathode nur ein sehr geringer oder gar kein Strom zur Anode fließt. Im Elektrodenstromkreis 25 fließt daher ein pulsierender Strom, welcher vom Stromerzeuger 24 geliefert wird und für irgendwelche Zwecke benutzt werden kann.

Die Zeichnung zeigt beispielsweise, daß der Strom durch die Primärwicklung eines Transformators 26. geschickt wird, dessen Sekundärwicklung dann Wechselstrom von irgendeiner gewünschten Spannung liefert.

Bei der Ausführungsform der Fig. 3 werden die von der Kathode 27 ausgehenden Elektronen zu einem Strom gesammelt, welcher die Entladungsröhre achsial durchsetzt und eine von zwei Anoden 29 bzw. 30 trifft. Der Neutralisator 28 wird durch die Stromquelle 44, die vorzugsweise Hochspannung besitzt, positiv geladen. Er ist vorzugsweise mit einem ringförmigen, senkrecht zur Gefäßachse liegenden Endstück versehen, welches die Bewe- gung der Elektronen gegen die Anoden 29 und 30 beschleunigt. Durch das von einem Solenoid 31 erzeugte magnetische Feld wird wieder verhindert, daß sich die Elektronen gegen den Neutralisator 28 entladen. Durch einen Magneten 32, welcher ein magnetisches Feld senkrecht zu demjenigen des Solenoides 31 erzeugt, kann ein resultierendes magnetisches Feld geschaffen werden, durch welches der Elektronenstrom nach Wunsch gegen die eine oder gegen die andere der beiden Anoden 29 und 30 geleitet wird. Der Magnet 32 wird beispielsweise durch Windungen 34 und 35 erregt, die von einer Wechselstromquelle 33 gespeist werden.

Durch Leiter 38 und 39 sind die Anoden 29 und 30 mit den Außenklemmen der Primärwicklung 40 eines Transformators verbünden und ein Gleichstromerzeuger 41 ist durch Leiter 42 und 43 einerseits mit der an die Kathode 27 und andererseits mit einer Mittelklemme der Transformatorwicklung 40 verbunden. Infolge dieser Anordnung fließt durch die Primärwicklung des Transformators ein Wechselstrom, dessen Frequenz gleich derjenigen der Slromquelle 33 ist. Während einer Halbwelle des Wechselstromes lenkt nämlich das von dem Magneten 31 und 32' erzeugte Feld den Elektronenstrom z. B. gegen die Anode 29 und daher in einer Richtung durch die eine Hälfte der Transformatorwicklung 40 und während der nächsten Halbwelle gegen die Anode 30 und in entgegengesetzter Richtung durch die andere Hälfte der Transformatorwicklung. Die Gleichstromquelle^ mag eine sehr hohe Spannung besitzen, z. B. 100000 Volt. Sowie aber Strom von der Kathode zu einer der Anoden zu fließen beginnt und Arbeit im äußeren Stromkreis leistet, sinkt die Spannung zwischen der Kathode und der < Anode auf einen niedrigen Wert herab, so daß die Elektronen bei ihrem Durchgang durch die Röhre verzögert werden und die Anode nicht mit einer Geschwindigkeit erreichen, die hoch genug wäre, um die Anode unzulässig zu erhitzen.

Bei der zuletzt beschriebenen Ausführungsform wird ebenso wie bei den früheren Ausführungsformen die positive Spannung des die Kathode umgebenden Leiters nicht entladen und daher von der Quelle 44 keine Arbeit geleistet. Die beschriebenen Vorrichtungen können mit sehr hohen Spannungen betrieben werden; sie eignen sich jedoch besonders für mäßige Spannungen; weil hierbei der Wirkungsgrad durch die Raumladung am stärksten herabgedrückt wird. Selbstverständlich sind eine, Reihe von Abänderungen möglich, z. B. hinsichtlich der Größe, Gestalt und Lage der Kathode. Auch können ändere als Glühkathoden benutzt werden. Ebenso kann der Neutralisator verschiedene Gestalt erhalten und selbst außerhalb des Entladungsgefäßes angeordnet sein. ^v

Claims (2)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Elektrisches Entladungsgefäß, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstärkung des Elektronenstromes die Kathode von einem positiv geladenen Leiter umgeben ist und gleichzeitig ein magnetisches Feld parallel

   zur Längsrichtung der Kathode bzw. in der Richtung nach der bzw. den Anoden hin erzeugt wird, welches die Entladung der Elektronen gegen den positiv geladenen Leiter verhütet.
2. 2. Elektrisches Entladungsgefäß nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ungefähr senkrecht zu dem magnetischen Feld ein zweites, und zwar wechselndes Magnetfeld erzeugt wird, das die Elektronen abwechselnd nach der einen oder anderen von zwei Anoden lenkt. ,

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.