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Elektrische Entladungsröhre Die Erfindung betrifft gasgefüllte elektrische
Entladungsröhren, besonders mit Hohlkathoden, und bezweckt eine Vergrößerung der
Belastbarkeit sowie eine Verringerung des Spannungsabfalles, besonders im Hinblick
auf die Verwendung der Röhren für verhältnismäßig hohe Belastungen, und vor allem,
den Spannungsabfall zwischen Anode und Kathode unabhängig von der Belastung zu machen.
Gemäß der Erfindung wird das Gas in der Hohlkathode durch ein Hochfrequenzfeld ionisiert,
so daß der Spannungsabfall im wesentlichen unabhängig von der Belastung ist.
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Eine Verkörperung des Erfindungsgedankens sei an Hand der Abbildungen
näher beschrieben.
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Abb. i stellt einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform dar; Abb:2
zeigt den Schnitt längs Linie 2-2 von Abb. i ; Abb.3 entspricht dem Schnitt längs
Linie 3-3 von Abb. i ; Abb. 4. stellt einen senkrechten Längsschnitt einer anderen
Ausführungsform dar; Abb. 5 ist ein Schnitt längs Linie 5-5 von Abb. q.; Abb.6 stellt
einen senkrechten Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform dar. Die besondere
Ausführungsform nach den Abb. i, a und 3 zeigt eine Röhre i mit einer Kathode in
Form eines Toroids, also einer ringförmig gebogenen Röhre, welche auf einer Seite
aufgeschnitten ist und dort zwischen den Enden q. und 5 einen Spaltraum 3 freiläßt.
Gegenüber diesem Spalt 3 befindet sich eine Röhre 6, welche mit dem Innern der Kathode
verbunden ist. Diese Röhre erstreckt sich nach unten bis in einen O_uecksitbersumpf
7, der sich in dem unteren Ende des Entladungsgefäßes befindet, so daß also das
Quecksilber im Innern .der Röhre 6 gegen Wärmeverluste geschützt, hochsteigen kann.
Ein Isolierzylinder 8 kann über das untere Ende der Röhre 6 geschoben werden. Die
Kathode kann in dem Gehäuse i der Entladungsröhre auf geeignete Weise, z. B. mittels
der Zuleitung q:0, befestigt werden. Ein Zylinder 9 aus magnetischem Material umgibt
die Röhre 6 etwas oberhalb des Quecksilberspiegels 7. Dieser Zylinder kann vermittels
Wirbelströmen so hoch erhitzt werden, daß das Quecksilber in der Röhre 6 verdampft.
Die Anode besteht aus einer Platte io, welche sich in -den Zwischenraum 3 hinein
erstreckt. Eine Magnetspule i i außerhalb der Röhre, vorzugsweise in derselben Ebene
mit dem Kathodenring, dient zur Erzeugung von In-
Auktionsströmen
im Kathodengas und auch in dem Zylinder 9. Das Füllgas -der Röhre besteht im wesentlichen
aus Quecksilberdampf von etwa o,oi min Druck; es können aber auch andere Gase verwendet
werden, einzeln oder in Mischung.
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Wenn durch die Spule i i ein Hochfrequenzstrom geleitet wird (z. B.
mit io' Perioden pro Sekunde), so fließt ein Induktionsstrom in dem Füllgas des
Ringraumes, während die Wirbelströme in den Wandungen des To.roids selbst durch
.den Luftspalt 3 unterdrückt werden. Bei einem Induktionsstrom von genügender Stärke
wird das Gas im Innern des Ringes und über den Zwischenraum 3 hinweg intensiv ionisiert.
Zu diesem Zwecke hat der Strom in Spule i i vorzugsweise eine Wechselspannung welche
höher ist als die Ionisierungsspannung des Gases oder Dampfes im Innern des Toroids.
Der Induktionsstrom im Gas des Ringraumes soll von beträchtlicher Stärke sein und
für die meisten Zwecke mehrere Ampere betragen. Dieser Strom liefert eine reichliche
Menge von Ionen im Innern der Ringkathode. Bei diesem Ionisierungsgrade kann zwischen
Kathode und Anode schon bei sehr niedriger Spannung -ein elektrischer Stromübergang
stattfinden, wenn auch etwas höhere Spannungen notwendig sind, damit die Entladung
einsetzt.
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Aus vorstehendem ist ersichtlich, daß sich der geringe Spannungsabfall
zwischen Kathode und Anode aus der intensiven Ionisierung ergibt, welche im Innern
der hohlen Kathode über den Spalt 3 hinweg durch .die Hochfrequenzströme erzeugt
wird, die unabhängig von dem Spannungsabfall zwischen Kathode und Anode sind. Die
Entladung zwischen diesen ist im Innern der hohlen Kathode über eine große Fläche
hinweg ausgebreitet, so daß lokale Erhitzungen der Kathode, die oft zu deren Zerstörung
führen, vermieden werden. Überdies sind die Gesamtverluste in der Röhre viel geringer
als die in den gewöhnlichen Entladungsgefäßen. Weiterhin gestattet es der sehr niedrige
Spannungsabfall zwischen Kathode und Anode, während der ganzen Betriebszeit die
Vorrichtung parallel mit ähnlichen Röhren als Gleichrichter zu verwenden, Bohne
daß Reaktanzspulen damit in Reihe geschaltet zu werden brauchen, um eine richtige
Verteilung der Belastung zu erreichen oder zum mindesten nur geringe Reaktanzen,
was dem Umstande zu verdanken ist, daß die Röhre eine ansteigende Stromspannungscharakteristik
aufweist.
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Die in den Abb. q. und 5 dargestellte Ausführungsform zeigt eine hohle
Kathode 12 in Form eines oben offenen Bechers reit einer Entladungsöffnung 13 in
seinem Boden.. Anode 14 ist unterhalb der Kathode angebracht, und die einander gegenüberstehenden
Oberflächen der beiden Elektroden zeigen vorzugsweise einen solchen Abstand, z.
B. etwa 1,4 mm, daß in dem Gasraum dazwischen keine wesentliche Ionisierung erfolgt,
falls Elektronen hindurchfliegen, so daß also die eigentliche Entladung zwischen
dem Innern der hohlen Kathode und der Anode durch die Öffnung 13 hindurch vor sich
geht. Ein Ring 15 aus magnetischem Material ist im Innern der hohlen Kathode an
der Zuleitung 2o aufgehängt. In diesem Ringraum werden mittels der Hochfrequenzspule
16, die das Entladungsgefäß konaxial zu Ring und Kathode umgibt, Wirbelströme erzeugt.
Die Kathode weist zur Vermeidung von Wirbelströmen in Abständen mehrere Schlitze
17 auf und besteht vorzugsweise aus einem unmagnetischen Material, damit sie keine
Schirmwirkungen auf den Ring i5 ausüben kann. Die Kathode sitzt innerhalb der Glasröhre
mit sehr geringem Spielraum und kann auf geeignete Weise z. B. an den Zuleitungen
18, befestigt werden. " Bei dieser Ausführungsform der Röhre verwendet man am besten
als Füllgas ein indifferentes einatomiges Gas, wie Argon, Neon oder Helium.
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Der Betrieb der in Abb. q. und 5 dargestellten Röhre gestaltet sich
wie folgt: Ring 15 wird durch die von Spule 16 induzierten Wirbelströme auf eine
genügende Temperatur erhitzt, um Elektronen auszusenden, zwecks Einleitung der Hauptentladung.
Zu diesem Zwecke ist er vorzugsweise mit der Stromquelle über einen Widerstand i9
verbunden, so daß nur ein geringer Stromanteil zwischen ihm und Anode fließen kann,
nachdem die Röhre in Tätigkeit ist. Ring 15 wird genügend klein gemacht, so daß
auch innerhalb des Gases in der hohlen Kathode Wirbelströme induziert werden können.
Dadurch wird das an der Innenfläche befindliche Gas intensiv ionisiert, und es werden
i die gleichen Vorteile erzielt, wie sie bereits weiter oben bei der Ausführungsform
gemäß Abb. i bis 3 beschrieben wurden. Der ganze Hohlraum der Kathode wird durch
die vermittels Hochfrequenzspule 16 darin erzeugten j Wirbelströme ionisiert.
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Die Ausführungsform gemäß Abb. 6 umfaßt eine hohle Kathode 21 mit
Entladungsöffnung 22 am oberen Ende und eine Röhre 23 an ihrem unteren Ende, welche
in einen Quecksilbersumpf 2,4 eintaucht. Die Anoden 25 und 26 sind gegenüber Öffnungen
22 angebracht. Die Kathode wird von einem zylindrischen Schild 27 umgeben, welcher
auf dem Rohr 23 bei 28 befestigt ist und eine Öffnung 22 für die Entladung zwischen
tdem Innern der Kathode und den Anoden aufweist. 29
stellt die Hochfrequenzspule
dar, wie sie oben beschrieben wurde.
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Bei dieser Ausführungsform wird die Kathode aus einem leitenden Material,
der Schild 2; aus unmagnetischem Stoff hergestellt. Letzterer weist in Abständen
senkrechte Schlitze auf, so daß in der Kathode Wirbelströme induziert werden können,
wodurch diese auf Weißglut erhitzt werden. Der Schild 27 dient dazu, die von der
heißen Kathode ausgehenden Wärmestrahlen zurückzuhalten, so daß die Kathode ohne
erhebliche Strahlungsverluste auf Weißglut gehalten werden kann.
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Beim Betrieb einer Röhre, wie sie in Abb. 6 dargestellt ist wird durch
die hocherhitzte Kathode der im Innern derselben befindliche Dampf teilweise ionisiert
und elektrisch leitend. Die Hochfrequenzspule 29 induziert dann viel leichter in
dem Kathodengas Wirbelströme, wodurch dieses noch höher erhitzt wird und stärker
ionisiert wird. In diesem Falle braucht also der Spannungsabfall pro mittlerer freier
Weglänge des Elektrons nicht so hoch zu sein als die lonisierungsspannüng. Die Anordnung
mit zwei Anoden kann für verschiedene Zwecke, beispielsweise zur vollständigen Gleichrichtung
von Wechselströmen, verwendet werden. In diesem Falle erfolgt die Entladung abwechselnd
zwischen den Anoden und dem Innern der Kathode. Natürlich können auch bei den vorher
beschriebenen Ausführungsformen zwei Anoden verwendet werden.