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Elektrisches Entladungsgefäß mit Glühkathode Die Erfindung betrifft
ein Entladungsgefäß mit Glühkathode und bezweckt, eine Beschädigung der Kathode
durch mechanische Beanspruchung infolge elektrostatischer Kräfte zu verhüten. Sie
bezieht sich insbesondere auf solche Entladungsgefäße, deren Glühkathode aus einem
Faden aus sehr schwer schmelzbarem Metall, namentlich Wolfram, besteht und in so
hohem Vakuum glüht, daß selbst bei außerordentlich hohen Spannungen keine Anzeichen
einer positiven Ionisierung -vorhanden sind. Bei der- den Gegenstand der Erfindung
bildenden Entladungsröhre ist die Anode symmetrisch zu beiden Seiten oder rings
um die Kathode angeordnet, derart, daß sich die auf die Kathode ausgeübten elektrostatischen
Kräfte ausgleichen. Hierdurch wird die Anwendung sehr hoher Spannungen ermöglicht
und, da gleichwohl der Abstand der Elektroden sehr gering sein kann. ein hoher Wirkungsgrad
erzielt. An sich sind derartige Anordnungen bei Entladungsröhren, die als Detektoren
oder Verstärker dienen und daher nur mit sehr niedriger Spannung betrieben werden,
bei welcher keine nennenswerten elektrostatischen Kräfte auftreten, bereits bekannt.
Auch wurde zum Zwecke der Berechnung und Messung eine Anordnung gewählt, bei welcher
die Glühkathode als geradliniger Faden innerhalb einer zylindrischen Anode ausgespannt
war und eine solche Röhre während der Entlüftung an Spannungen bis zu 5ooo Volt
gelegt.
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Die Zeichnung zeigt in Abb. i und 2 zunächst zwei bekannte Entladungsröhren,
die für verhältnismäßig niedrige Spannung (bis etwa io ooo Volt) geeignet sind,
und in Abb. 3 und 4 zwei gemäß der Erfindung ausgebildete Entladungsröhren,- von
denen die erste bis zu ungefähr So 000 Volt und die zweite für die größten
betriebsmäßig vorkommenden Spannungen geeignet ist.
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Die in Abb. i dargestellte Entladungsröhre ist, wie bereits erwähnt
wurde, für Spannungen bis ungefähr io ooo Volt und Ströme bis zu ungefähr '/.. oder
3/4 Ampere geeignet. Sie besteht aus einem Gefäß i aus Glas, z. B. einem -'#Zatrium-Magnesium-Boro-Silikat-Glas,
von geringer Ausdehnung. Die Kathode a besteht aus einem an den Wolframleitern 3
und 4 aufgehängten Wolf ramdraht. Der Leiter 3 ist auf einem Teil seiner Länge zu
einer Schraubenfeder 5 gewickelt, um den Glüh-
faden :2 zu spannen und dadurch
in seiner Lage zu erhalten. Die Stromeinführungsdrähte 4. und 6 sind unmittelbar
in die Gefäßwand eingeschmolzen. Die Anode 7 besteht aus einem Wolframrohr, welches
rund um die Kathode symmetrisch in überall gleichem Abstand angeordnet ist. Sie
wird von den Stäben 8 und g getragen, die aus Wolfram oder Molybdän bestehen. damit
sie in die Ansätze
io und ii des Glasgefäßes unmittelbar eingeschinolZt#ri
-Werden können. Die Stäbe 8 und 9 sind mit dem Rohr 7 durch Nieten 8' und 9' verbunden.
Schwingungen der Stäbe werden durch die aus Molybdän bestehenden Abstützungen 12
und 13 verhütet.
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Das Entladungsgefäß wird in der besten für Glühlampen bekannten Weise
durch ein Ansatzrohr 14 unter Erhitzung entlüftet, zuletzt vorzugsweise durch eine
Molekularpumpe nach Gaede. Wenn der Druck im Glasgefäß bis auf annähernd ein millionstel
Millimeter Quecksilber gesunken ist, wird die Kathode durch einen geeigneten Strom
zum Glühen gebracht und eine mäßige Spannung von beispielsweise etwa 2- bis 3ooo
Volt zwischen der Kathode 2 und der Anode 7 angelegt, wodurch eine Entladung hervorgerufen
und Gas aus der Anode herausgetrieben wird. Die Entlüftung wird währenddessen _
fortgesetzt. Die Entladung wird zeitweise unterbrochen, wenn infolge starker Gasabgabe
der Anode das blaue Glimmlicht auftritt, welches bei längerer Dauer auf den Kathodenfaden
in schädlicher Weise einwirkt. Mit zunehmender Entlüftung wird durch stufenweise
Erhöhung der Spannung die Anodentemperatur gesteigert und das Austreiben von Gas
fortgesetzt. Dieses Verfahren wird einige Zeit fortgesetzt, und schließlich wird
das Glasgefäß abgeschmolzen, wenn kein Gas mehr in Freiheit gesetzt wird und der
Druck des Gasrestes ungefähr den oben angegebenen oder einen noch geringeren Wert
hat. Das Entladungsgefäß kann dann beispielsweise zum Gleichrichten von Wechselstrom
oder zu anderen gewünschten Zwecken dienen. Die Energieübertragung zwischen Anode
und Kathode findet im wesentlichen durch reine Elektronenentladung ohne Anzeichen
einer positiven Ionisierung, wie Fluoreszenz der Glaswand, blaues Glimmlicht oder
Kathodenzerstäubung, statt. Der Strom ändert sich oberhalb einer gewissen Mindestspannung
von einigen Volt proportional der sf, # Potenz der aufgedrückten Spannung bis zu
einer gewissen, von der Kathodentemperatur abhängenden Höchstspannung, von welcher
an ein weiteres Wachsen der Spannung keine Zunahme des Stromes bewirkt.
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Für Ströme bis zu nur ungefähr lila Ampere bei Spannungen bis etwa
io ooo Volt kann die einfachere, in Abb.2 dargestellte Ausführungsform benutzt werden.
Bei dieser Anordnung ragt eine doppelspiralförmig gestaltete Kathode 16 konzentrisch
in eine becherförmige Anode 15 hinein, wodurch gleichfalls ein Ausgleich
der elektrostatischen Kräfte zwischen Anode und Kathode erzielt wird. Die übrigen
Teile der Vorrichtung sind ähnlich denjenigen des Ausführungsbeispieles nach Abb.
i. Die Stromzuführungsdrähte 17- und 18 für die Kathode durchsetzen einen Glasfuß
i9 und sind an einen Sockel 2o ähnlich wie bei einer Glwhlampe angeschlossen. Der
Stromzuführungsdraht 2z für die Anode ist an eine Metallkappe 22 angeschlossen.
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Die in Abb.3 dargestellte Vorrichtung eignet sich für den Durchgang
von Strömen von ungefähr 1/2 Ampere bei Spannungen bis hinauf zu etwa 50 ooo Volt.
Die Kathode 23 besteht aus einem Wolframfaden, der von einem Rahmen 24 aus Molybdän
oder Glas getragen wird. Die plattenförmigen Anoden 25 und 26 sind auf entgegengesetzten
Seiten der Kathode in möglichst gleichem Abstand von ihr angeordnet. Die beiden
Anoden sind elektrisch parallel geschaltet und werden von Molybdänstäben 27 und
28 getragen, die auf einer durch ein Molybdän- oder Eisenrohr 30 getragenen Molybdänscheibe
29 sitzen. Das Metallrohr ist durch das Glasrohr 31 gehaltert, welches in den röhrenförmigen
Ansatz 32 des Glasgefäßes eingeschmolzen ist. Der Kathodenfaden 23 ist mit den Stromeinführungsdrähten
33 und 34 leitend verbunden, die zu einem Sockel 35 führen. Einer dieser
beiden Stromeinführungsdrähte, z. B. der Draht 34, ist mit dem Rahmen 24 leitend
verbunden, der andere Draht 33 ist dagegen vom Rahmen isoliert. Der Rahmen 24 ist
in dieser Weise auf das Potential eines der beiden Fadenenden gebracht. Er wird
von einem Molybdänstab 38 getragen und letzterer von einem Molybdän- oder Eisenrohr
39, welches in einem inneren röhrenförmigen Vorsprung 4o des Glasgefäßes sitzt.
Der v-förmige Kathodenfaden 23 wird an seiner Biegung durch eine vom Rahmen 24 mittels
Glimmerstreifen 37 isolierte Feder 36 gespannt.
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Bei dem für den Betrieb mit Spannungen bis zu ungefähr ioo ooo Volt
geeigneten Entladungsgefäß der Abb. 4 ist ein kurzer geradliniger Kathodenfaden
41 koaxial innerhalb der zylindrischen Anode 4a gelagert. Die Kathode ist an einem
Ende mit einem Wolframdraht 43 verbunden, welcher auf einem Teil seiner Länge zu
einer Schraubenfeder 44 aufgewunden und unmittelbar in die Gefäßwand 45 eingeschmolzen
ist. Das entgegengesetzte Kathodenende wird von einem Bügel 46 aus Molybdändraht
getragen, der auf einer vorzugsweise gleichfalls aus Molybdän bestehenden Scheibe
47 sitzt. Die Scheibe 47 wird von zwei Drähten 48 und 49 getragen, die gleichfalls
aus Molybdän bestehen, durch eine Klammer 52 versteift sind und auf einer weiteren
Scheibe 5o aus Wolfram oder Molybdän sitzen. Die Scheibe 50 wird von einem
Molybdän- oder Eisenrohr 51 getragen, das ähnlich wie beim früheren Ausführungsbeispiel
befestigt
ist. Der Zuführungsdraht für die Kathode durchsetzt die Scheiben q.7 und 50. Diese
schützen die Dichtungsstelle für die Kathode gegen schädliche Beeinflussung durch
elektrische Zerstäubung des Kathodenfadens, welche während der Entlüftung namentlich
bei den höheren Spannungen leicht eintreten kann. Der Spannungsabfall einer derartigen
Röhre beträgt nur einige ioo Volt, also bei einer angelegten Spannung von ioo ooo
Volt nur Bruchteile eines Prozents. Die beschriebenen Röhren können insbesondere
als Gleichrichter (Ventilröhren) zum Betrieb von Röntgenröhren, Schwingungserzeugern
u. a. dienen.