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Kathode für Vakuumröhren. Die Kathoden für Vakuumröhren werden in
der Regel aus: Aluminium oder Eisen hergestellt, weil diese Metalle bei Stromdurchgang
am wenigsten zerstäuben. Diese Erscheinung steht im Zusammenhang mit der Eigenschaft
dieser Metalle, daß bei ihnen der sogenannte Kathodenfall; das ist der Spannungsabfall
beim Übergang des Stromes -in das verdünnte Gas, einen verhältnismäßig niedrigen
Wert hat. Die Verwendung dieser Metalle ermöglicht daher auch einen wirtschaftlichen
Betrieb. Die Form der Kathoden wir naturgemäß dem jeweiligen Verwendungszweck der
Vakuumröhren angepaßt. Dabei zeigt sich fast immer, daß von den Kathoden außer dem
Nutzstrom auch schädlicheNebenströme ausgehen, welche nach Möglichkeit unterdrückt
werden müssen. Zu diesem Zweck bedeckt man gewöhnlich die Kathoden an den betreffenden
Stellen ihrer Oberfläche mit einer isolierenden Schutzschickt aus Glas, Glimmer,
Porzellan, Ton o. dgl., oder man überzieht sie mit einer isolierenden Lack- oder
Schmelzschicht. Alle diese Hilfsmittel haben aber ihre Nachteile. Glas verträgt,
auch in Form eines Schmelzüberzuges, keine starke Erwärmung. Es bekommt leicht Risse
und verliert hiermit seine Schutzwirkung. Glimmer schmiegt--sich, besonders bei
gewölbten Flächen, schlecht an. Porzellan und Ton sind porös, sie enthalten viel
Luft und erschweren dadurch das Auspumpen der Vakuumröhre. Die meisten Lacke enthalten
nach dem Trocknen noch Reste des Lösungsmittels, welche im Vakuum langsam verdunsten
und dieses verschlechtern. Auch vertragen die meisten Lacke keine höheren Temperaturen.
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Alle diese Nachteile werden vermieden, indem man die Kathoden gemäß
der Erfindung aus zwei Metallen herstellt, wovon das eine niedrigen und das andere
hohen Kathodenfall hat. Die Nutzfläche besteht aus dem Metall mit kleinem Kathodenfall,
der übrige dauernd unwirksame Teil der Kathode aus dem zweiten Metall. Legt man
an eine Vakuumröhre mit derartiger Kathode eine Spannung, welche zwischen den beiden
Mindestspannungen liegt, die erforderlich wären, um den Strom hindurchzutreiben,
wenn die Kathode nur aus dem einen oder dem anderen der beiden Metalle bestehen
würde, so bleibt die Strömung auf die Nutzfläche besc'hrän'kt, so daß alle Nebenströme
unterdrückt werden. Es wird also die gleiche Wirkung erzielt wie durch eine isolierende
Schutzschicht. Verwendet man derartige Kathoden in Glimmlichtröhren oder -lampen,
so können; dieselben mit abnormalem Kathodenfall betrieben werden, ohne daß derjenige
Teil der Kathodenoberfläche, welche aus dem Metall mit höherem Kathodenfall besteht,
an den Strömungsvorgängen teilnimmt, wenn. die Spannung innerhalb der genanlnten
Grenzen gehalten wird.
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Die Zusammensetzung der Elektfpden von
Vakuumröhren
aus verschiedenen Metallen ist an sich nicht neu. Es ist beispielsweise vorgeschlagen
worden, die Anoden von Quecksilberdampfgleichrichtern aus zwei -Metallen zusammenzusetzen,
wovon das eine einen so hohen Anodenfall aufweist. daß es dem Strom (len Austritt
versperrt. Hier handelt es sich aber lediglich darum, die wandernde Stromaustrittstelle
zu verhindern, bis an die Einführungsisolatoren zu klettern und diese hierdurch
zu gefährden. Gemäß der Erfindung wird dagegen bei Kathoden von @'akuuinröhren durch
,die Zusammensetzung aus zwei Metallen von verschiedenem Kathodenfall bezweckt,
durch örtliche Begrenzung der Grundfläche des negativen Glimmlichtes den Wirkungsgrad
zu verbessern oder bestimmte Lichtwirkungen zu er--Zielen. - Es. ist auch schon
der Vorschlag gemacht worden, die Kathoden von Edelgaslampen derart aus verschiedenen
-Metallen zusaminenzusetzen, daß eines derselben, welches leichter flüssig oder
zerstäuhbar ist, die in der Röhre oder den Elektroden enthaltenen Gasreste bindet.
'Mit dieser Anordnung wird demnach nur eine Entgasung der Röhre bezweckt. Die gesamte
Oberfläche der betriebsfertigen Lampe hat gleichen Kathodenfall, sei es, daß das
Hilfsmittel vollständig verflüchtigt oder zerstäubt ist, sei es, daß ein Teil hiervon
nach der Ent-asung noch übriggeblieben ist. Ursprünglich hat hierbei die Nutzfläche
der Kathode im Gegensatz zu der Erfindung infolge der ökkudierten Gase höheren Kathodenfall
als das Hilfsmittel. Dieser Zustand ist nur vorübergehend. Mit zunehmender Entgasung
-wird der Unterschied des Kathodenfalls der beiden Metalle iinnier Kathodengeringer,
ger, bis er mit vollendeter Entgasung seinen Ausgleich gefunden hat. Die Oberfläche
der fertigen Kathode ist somit durchweg elektrisch gleichwertig, und das negative
Glimmlicht bedeckt die gesamte Kathodenfläche. Im Gegensatz hierzu ist bei der Erfindung
nur die Nutzfläche der Kathole von Glimmlicht überzogen, wodurch einerseits Stromersparnisse
erzielt und anderseits Schönheitsfehler beseitigt werden. Auch kann die Erfindunri
dazu benutzt werden, bestimmte Lichtwirkungen zu erzeugen. indem die Umrißformen
der I@Tutzfläche der Kathode entsprechend gestaltet werden.
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Bei Vakuuinröbren. insbesondere bei Glimmlampen, welche init Wechselstrom
gespeist -werden sollen, werden zweckmäßig beide Elektroden aus je zwei Metallen
gemäß der Erfindung zusammengesetzt. Von derjenigen Elektrode, welche jeweilig während
einer halben Periode des Wechselstromes als Kathode wirksam ist, ist dann nur derjenige
Teil an den Strömungsvorgängen beteiligt, -welcher aus dem 'Metall mit niedrigem
Kathodenfall besteht. Die Strömungsvorgänge an der zweiten, während der gleichen
Halbperiode als Anode wirksamen Elektrode hängen im wesentlichen von deren geometrischen
Form und Anordnung, weniger von der Art der Metalle ali. Sind die beiden Elektroden
beispielsweise aus Eisen und Kupfer zusammengesetzt, wo-V(In das erstere einen niedrigen,
das letztere einen hohen Kathodenfall aufweist, so bedeckt die negative Glimmschicht
nur den eisernen Teil der jeweilig als Kathode -wirksamen Elektrode. Dagegen befindet
sieh die Stromausgangsstelle der gleichzeitig als Anode wirksamen zweiten Elektrode
stets an deren der Kathode zunächst gelegenen Teil, gleichgültig, ob dieser
aus Eisen oder Kupfer besteht, weil der Anodenfall bei diesen beiden Metallen ungefähr
den gleichen Wert besitzt. Bestehen die Elektroden jedoch aus Aluminium und Kupfer,
wovon das erstere einen niedrigen Kathodenfall und hohen Anodenfall, das letztere
umgekehrt einen hohen Kathodenfall, jedoch einen niedrigen Anodenfall aufweist,
so wird an der jeweilig als Anode wirksamen Elektrode der Strom vorzugsweise von
dem kupfernen Teil seinen Ausgang nehmen, wenn die geometrische Form und Anordnung
dies zuläßt. Der Strom geht demnach -während einer Halbperiode von dein Kupfer der
ersten Elektrode zum Aluminium der zweiten, während der nächsten Halbperiode von
dem Kupfer der zweiten zum Aluminium der ersten Elektrode. Für die Wirkung der Vakuumröhre
sind jedoch nur die Strömungsgänge an den Kathoden von Belang, da an den Anoden
keine Zerstäubung auftritt.
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Die Zusammensetzung der Kathoden aus den beiden Metallen kann in verschiedener
Weise bewerkstelligt werden. Bei geometrisch einfacher Form ist .die Zusammensetzung
aus zwei Teilstücken, die aus je einem der beiden Metalle bestehen, möglich. Die
beiden Teile können zum Beispiel miteinander verlötet, verschweißt, vernietet. verstemint,
verkeilt oder verschraubt werden. Die Vereinigung der beiden Teile kann auch in
bekannter Weise durch ein Gießverfahren vorgenommen werden, in@lein derjenige Teil,
welcher aus dem Metall init höherem Schmelzpunkt besteht, als -Lern in einer Gußform
mit dein zweiten Metall teilweise umgossen -wird. Das gleiche Enr1-ziel wird erreicht,
wenn man die Kathoden aus einem der beiden Metalle herstellt und an ,den erforderlichen
Stellen einen Überzug aus dein zweiten erzeugt, wozu man eines der bekannten galvanischen,
chemischen oder mechanischen Verfahren zu Hilfe nehmen kann. Eine eiserne Kathode
wird beispielsweise zweckmäßig auf galvanischem Wege an denjenigen Stellen verkupfert,
welche stromlos bleiben sollen. Eine Kathode aus Aluminium wird am einfachsten mittels
des Spritzverfahrens
mit einer dünnen Kupferhaut überzogen und
letztere wieder dort abgeschliffen, wo die Kathode wirksam sein soll. Umgekehrt
kann man auch eine kupferne Kathode auf galvanischem Wege stellenweise mit Eisen
überziehen oder durch das Spritzverfahren mit einer Aluminiumhaut bedecken.