DE615022C - Entladungsgefaess mit Gluehkathode und Gas- oder Dampffuellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Entladungsröhren mit Glühkathode und Gas- oder Dampffüllung und lichtbogenähnlicher Entladung und insbesondere solche, bei denen nicht ein Kathodenfleck wie bei der eigentlichen Lichtbogenentladung vorhanden ist, sondern die Glühkathode praktisch den gesamten (maximalen) Belastungsstrom als reinen Elektronenemissionsstrom liefert und die Gasfüllung im wesentlichen nur zur Neutralisation der negativen Raumladungen an der Kathode dient.

Die Entladungsgefäße sind vorzugsweise drei Elektrodengefäße, in die eine geringe Menge eines ionisierbaren Gases oder Dampfes eingeführt ist. Die Gegenwart des ionisierbaren Mediums gibt der Entladung eine lichtbogenähnliche Form mit einer flachen oder schwach negativen Spannungstromcharakteristik. Das Einsetzen eines Licht-

ao bogens in einer solchen Röhre kann mittels eines Steuergitters gesteuert werden. Die Entladung setzt, nachdem sie einmal eingesetzt hat, erst wieder aus, wenn die Anodenspannung vorübergehend auf den Wert Null bzw. einen hinreichend kleinen Wert gebracht wird. Es wird daher zweckmäßig als Anodenspannung eine Wechselspannung benutzt, die periodisch durch den Wert Null hindurchgeht. Der Aufwand an Steuerenergie ist dabei außerordentlich gering und beträgt vorzugsweise weniger als ein Mikrowatt.

Die Leistungsfähigkeit solcher Gefäße ist abhängig von der Emission der Kathode, und es kommt daher darauf an, großflächige Kathoden zu verwenden.

Gemäß der Erfindung besteht die gegenüber einer zweckmäßig scheibenförmig ausgebildeten Anode angeordnete Glühkathode aus zwei in Richtung der Entladungsbahn übereinander = auf einer gemeinsamen Achse angeordneten bandförmigen, mit ihrer .Wicklungsebene senkrecht und ihrer Breitenausdehnung parallel zur Entladungsbahn stehenden Spiralen, deren Enden derart mit den Stromzuführungen verbunden sind, daß die Stromrichtungen in beiden Spiralen entgegengesetzt sind.

Diese Ausbildung der Kathode hat den Vorteil, daß das von dem Heizstrom der Kathode erzeugte Magnetfeld nach außen hin praktisch kompensiert ist und die Kathode eine besonders große Fläche bei einer Gestaltung besitzt, die für die Entladungsgefäße in lichtbogenartiger Entladung besonders zweckmäßig ist. Infolge der erwähnten Kompensation tritt das Magnetfeld des Heizstromes nicht störend in Erscheinung, und es können

infolgedessen mittels des ernndungsgemäßen Entladungsgefäßes besonders große Ströme umgesetzt werden.

Es ist bereits bekanntgeworden, bei Röntgenröhren eine Kathode in Form einer spiralförmigen Glühkathode zu verwenden, und zwar um eine zweckentsprechende Gestaltung des Brennfleckes zu erzielen. Auch sind bereits Entladungsgefäße mit bandförmiger ίο Glühkathode bekanntgeworden, bei denen die Glühkathode eine Spirale bildet und die Bandfläche senkrecht zur wirksamen Anodenfläche angeordnet ist. Es handelt sich bei diesen bekannten Röhren sowohl um Hochvakuumröhren als auch um Gasentladungsröhren. Bei Hochvakuumröhren kann die Großflächigkeit von spiralförmigen Bandkathoden nicht ohne weiteres zur Erzielung einer entsprechend großen Emission ausgenutzt werden, und zwar wegen der starken negativen Raumladungen, die sich gerade in den bei diesen Kathoden vorhandenen Hohlräumen ausbilden und nur durch verhältnismäßig sehr hohe Anodenspannungen überwunden werden können. Um ein möglichst weitgehendes Eingreifen der Anodenspannung in die Hohlräume zu erzielen, war bei den bekannten Hochvakuumröhren die Bandfläche der Kathode senkrecht zur wirksamen Anodenfläche angeordnet.

Trotzdem mußten bei diesen Röhren verhältnismäßig hohe Anoden spannungen angewendet werden; nur bei hohen Anodenspannungen ergibt sich bei diesen Röhren, wegen des beträchtlichen Spannungsabfalles an der Röhre, ein praktisch brauchbarer Wirkungsgrad.

Anders liegen die Verhältnisse bei Entladungsgefäßen oder Röhren mit Glühkathode und lichtbogenartiger Entladung. Bei diesen Entladungsgefäßen, auf die sich auch die vorliegende Erfindung bezieht, können bandförmige Kathoden, die infolge ihrer spiralförmigen Gestaltung Hohlräume (zwischen den einzelnen Wicklungen) aufweisen, ohne weiteres mit ihrer ganzen großen, emittierenden Fläche ausgenutzt werden, da die negativen Raumladungen in den Hohlräumen durch positive Ionen neutralisiert werden und daher die Elektronen von deri emittierenden Flächen zwischen den Wicklungen der Spirale ihren Weg zur Anode nehmen können.

Durch die Erfindung ist eine Glühkathode geschaffen, die auf einem verhältnismäßig sehr geringen Raum eine verhältnismäßig sehr große Oberfläche ergibt, die voll als emittierende Fläche ausgenutzt werden kann, da es sich bei der Erfindung um Entladungsgefäße mit lichtbogenartiger Entladung handelt.

Ein weiterer Vorteil der ernndungsgemäßen Kathode besteht darin, daß die notwendige

Heizleistung besonders gering ist. Jede einzelne der beiden bandförmigen Spiralen besitzt an sich eine geringe Wärmeabstrahlung nach außen hin; die einander gegenüberliegenden Wicklüngsflächen strahlen sich gegenseitig Wärme zu. Dadurch, daß gemäß der Erfindung zwei Spiralen übereinander angeordnet sind, wird die Wärmeabstrahlung der genannten Kathode nun aber noch . weiter herabgesetzt, da sich die einander zugekehrten Teile der Spirale gegenseitig Wärme zustrahlen.

Die Abbildung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Es bedeutet 1 ein entlüftetes Gefäß, das in dem Fuß 2 endigt. In der Röhre sind gleichachsig zueinander die Kathodenanordnung, das elektrostatische Steuerorgan oder Gitter 3 und die Anode 4 angebracht. Die -Kathode besteht aus einem Leiter aus streifenförmigem Material, der aus zwei Spiralen 5, 6 gebildet wird, die übereinander auf der gleichen Achse liegen, in gleichem Sinne gewickelt und in Reihe geschaltet sind. Das äußere Ende jeder Spirale ist in geeigneter Weise umgebogen und mit Zuführungen 7, 8 versehen, die ihrerseits in normalen Kontaktstiften 9, 10 am Fuß der Röhre endigen. Die Kontaktstifte werden durch einen Abwärtstransformator 12 von der Wechselstromquelle 11 gespeist. Die Mitten der Spiralen sind durch einen Leiter 13 miteinander verbunden. Dieser Leiter 13 führt auf der einen Seite durch den Fuß nach dem Kontaktstift 14 und ist auf der anderen Seite z. B. durch Schweißen mit einer Kappe 15 verbunden, die über die Kathode paßt. Bei dieser Anordnung durchfließt der Heizstrom die Spiralen in entgegengesetzter Richtung, so daß sich die magnetischen Felder der Spiralen gegenseitig aufheben.

Die Kathode kann in bekannter Weise aus Nickel bestehen und zwecks Erhöhung der Elektronenemission auf einer oder beiden Seiten mit einer aktiven Masse, z. B. Bariumcarbonat (BaCo₃) oder anderen Salzen der Erdalkalien bedeckt sein. Der Überzug kann durch Aufbringen einer Paste aus dem Carbonat und einem geeigneten Bindemittel und nachfolgendes Erhitzen- hergestellt werden. Die Kappe 15 kann ebenfalls aus Nickel bestehen. Sie ist an der Spitze geschlossen und am unteren Ende offen und so lang, daß sie bis über den unteren Rand der ■ Spirale 6 reicht. Außer der Halterung in der Mitte durch den Leiter 13 ist noch an der äußeren Fläche eine Strebe 16 vorgesehen, die in den Fuß 2 eingeschmolzen ist, so daß zwei starre Stützpunkte vorhanden sind. Die Wirkungsweise dieses Schirmes, wird noch näher erläutert. Das Steuerorgan 3 besteht vorzugsweise aus einem Gitter oder sonstwie durchlöchertem Körper aus Metall, z. B. aus einer Chromnickellegierung, die erst bei sehr hohen '

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Temperaturen Elektronen abgibt. Das Gitter , kann die Form einer zylindrischen Kappe besitzen, die über dem Kappenteil 15 und noch weit über die Kathode hinausragt und durch die Streben 17,17 getragen wird. Diese Streben sind an einer .Schelle 18 befestigt, die um den Fuß 2 gezogen ist und an der die Zuführung 19, die mit dem Kontaktstift 20 in Verbindung steht, befestigt ist.

Die Anode 4 besteht aus einer Platte, vorzugsweise aus geschwärztem Nickel, damit ihre Oberfläche einen schwarzstrahleniden Körper darstellt. Die Anodenverbindung erfolgt über eine Klemme 21 an dem oberen Ende der Röhre. Die Röhre ist also eine sogenannte spitzenlose Type, d. h. die Evakuierung erfolgt nicht an der Spitze, sondern in bekannter Weise durch ein Rohr 22 am Fuß der Röhre.

Um den Fuß der Röhre vor zu starker Erhitzung durch die Kathode zu schützen, ist ein flacher Metallschirm 23 vorgesehen, der in geeigneter Weise, z. B. durch kleine Ringe an den Leitern 13 und 16, die sich auf gleichem Potential befinden, befestigt ist. Die übrigen Leiter verlaufen durch genügend große öffnungen in der Scheibe 23. Eine Gettersubstanz 24, z. B. in Form eines kleinen Magnesiumbandes, ist in geeigneter Weise an der Scheibe 25 befestigt, die durch den Draht 26 an dem Leiter 17 gehalten wird. Die Wirkung des Getters ist bekannt. Während und nach der Entlüftung kann ein träges Gas, z. B. Argon, von einem Druck in den Grenzen von 50 bis 250 Mikrons in die Röhre eingefügt werden, vorzugsweise wird jedoch als Erzeuger des ionisierbaren Dampfes ein Quecksilbertröpfchen 'benutzt. Die Betriebstemperatur der Röhre wird dabei so gewählt, daß der Druck des Quecksilberdampfes unter ι mm liegt.

Der Eingangs- oder Steuerkreis umfaßt die Leiter 27, 27, von denen der eine mit dem Kontaktstift 14 und dadurch mit der Mitte der Kathode verbunden ist, während der andere zum Gitterkontakt 20 führt. Der Ausgangskreis umfaßt den Verbraucher 28, der z. B. ein Relais darstellen kann, und eine Wechselstromquelle.29 geeigneter Spannung, die mittels des zweipoligen Schalters 30 eingeschaltet werden kann.

Werden Kathode und Anode mit den entsprechenden Spannungen gespeist, so werden Elektronen durch das offene Ende des Kappenteiles 15· hindurch ausgesandt, und es entsteht zwischen Anode und Kathode eine lichtbogenähnliche Entladung. Das Einsetzen der Entladung kann durch eine negative Ladung des Gitters von geeigneter Größe gesteuert werden. Die Kappe 15 dient nicht nur dazu, die an der Kathode erzeugte Wärme zusammenzuhalten, sondern soll auch verhindern, daß aktives Material, ^rd.-h. Barium, sich von der Kathode auf das Gitter niederschlägt und dort eine Elektronenemission als Folge des durch den Lichtbogen erzeugten starken Bombardements hervorruft. Es ist augenscheinlich, daß die vom Gitter ausgesandten Elektronen,' soweit es den Zündvorgang angeht, gleichbedeutend sind mit einer gleichen Zahl von Elektronen von der Kathode her. Ist ihre Zahl nun hinreichend, um den Bogen zu zünden, so kann keine negative Gitterspannung es verhindern. Im allgemeinen ist schon eine Gitteremission von wenigen Mikroampere hinreichend, um die Steuerung der Röhre zu vereiteln.

Aus der in der Zeichnung dargestellten Schaltung geht hervor, daß der Verbraucherkreis, der gewöhnlich einen Strom von vielen Ampere führt, elektrisch vom Heizkreis getrennt ist, und infolgedessen kein in die Röhre führender Leiter erforderlich ist, um den vereinigten Heiz- und Anodenstrom zu transportieren. Dadurch, daß der Strom, der in den verschiedenen Leitern fließt, auf ein Minimum reduziert ist, ist die Gefahr, daß der Röhrennuß undicht wird, weitgehend vermindert. Ferner ist es viel leichter, dünne Drähte in das Glas einzuschmelzen als dicke Drähte, wie sie erforderlich wären, wenn die Leiter den gesamten Strom führen müßten. Da der Heizfaden als doppellagige Spirale ausgebildet ist, deren Lagen direkt übereinanderliegend ist der Innenraum der Kappe; 15 äußerst vorteilhaft ausgenutzt, ohne daß dabei die Wirksamkeit der Kathode als Elektronenquelle noch die Ausnutzung ihrer gesamten Oberfläche für die Aufrechterhaltung des Bogens bei einem verhältnismäßig niedrigen Spannungsabfall irgendwie litte. Die zweitägige Form der Glühkathode gestattet ferner ohne Schwierigkeit die Herstellung eines genauen elektrischen Mittelpunktes für die verschiedenen Wechselstromquellen. Als weiterer Vorteil dieser Ausbildung der Kathode ergibt sich, daß die Zuführung 13, die zur Mitte des Heizfadens führt, als weiterer Stützpunkt für die beiden Spiralen dient und die gesamte Kathodenanordnung dadurch starrer und fester macht.

Ferner werden bei dieser Anordnung schädliche magnetische Felder vermieden, da die beiden Spiralen von gleichen, entgegengesetzt gerichteten Strömen durchflossen werden. Dies ist sehr günstig für den Betrieb der Röhre, insbesondere mit Rücksicht auf die Form des Bogenstromes und die Wirksamkeit seiner Steuerung.

Statt zweier Spiralen, wie in der Zeichnung dargestellt, können gegebenenfalls auch mehrere solcher Paare mit Vorteil benutzt wer-

den. Es kann dann der Mittelpunkt jedes Paares mit dem Leiter 13 verbunden werden. Die Zuleitungen zu den Enden jedes Paares können besonders' aus der Röhre herausgeführt werden, oder die Spiralen können in Parallelschaltung mit derselben Zuleitung verbunden werden.

Claims (6)

1. Patentansprüche:
2. i. Entladungsgefäß mit Glühkathode und Gas- oder Dampffüllung, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüber einer zweckmäßig scheibenförmig ausgebildeten Anode angeordnete Glühkathode aus zwei in Richtung der Entladungsbahn übereinander auf einer gemeinsamen Achse angeordneten bandförmigen, mit ihrer Wicklungsebene senkrecht und ihrer Breitenausdehnung parallel zur Entladungsbahn stehenden Spiralen besteht, deren Enden derart mit den Stromzuführungen verbunden sind, daß die Stromrichtungen in beiden Spiralen entgegengesetzt sind.
   2. Entladungsgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiralen in gleichem Sinne aufgewickelt und ihre Mittelpunkte miteinander verbunden sind, während ihre freien Enden Zuführungen für den Heizstrom besitzen.
3. 3. Entladungsgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitten der Spiralen mit einer von den übrigen Zuleitungen getrennt durch die Röhre geführten Zuleitung für den Anodenstrom verbunden ist.
4. 4. Entladungsgefäß nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiralen von einer Kappe umschlossen sind, deren offenes Ende von der Anode abgewandt ist.
5. 5. Entladungsgefäß nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe durch die zur Mitte der Spiralen f ührende Zuleitung· getragen, wird.
6. 6. Entladungsgefäß nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode aus mehreren Paaren von Spiralen besteht.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   Berlin, gedruckt in öer reichsdruckerei