DE644528C - Hochleistungsgluehkathode fuer gas- oder dampfgefuellte Entladungsgefaesse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochleistungsglühkathode für gas- oder dampfgefüllte Entladungsgefäße mit mehreren indirekt beheizten Glühkörpern. Bekanntlich gelingt es, mit Hilfe der in einer Gas- oder Dampffüllung einer Entladungsröhre bewirkten Ionenentladung beträchtlich größere elektrische Leistung zu bewältigen und insbesondere zu schalten und zu steuern als mit Hilfe der reinen Elektronenentladung. Obwohl nun die Vorteile bekannt sind, die die Verwendung von Glühkathoden in gas- oder dampfgefüllten Entladungsrohren gegenüber verdampfbaren kalten, meist aus einer Ouecksilbermenge bestehenden Kathoden bietet, ist es noch nicht einwandfrei gelungen, Glühkathoden für ähnlich große Leistungen zu bauen, wie sie bei verdampfbaren Kathoden bereits erreicht sind. Die Schwierigkeiten, die sich auch nach dem Übergang zu indirekter Beheizung der Kathoden dem Bau ganz großer Glühkathoden bisher noch entgegengestellt haben, liegen nur zum Teil in der gegenüber verdampfbaren kalten Kathoden an sich geringeren Lebensdauer, die durch den Verbrauch der auf die Tragkörper der Glühkathode aufgebrachten, Elektronen emittierenden Massen bedingt ist. Zum größeren und entscheidenden Teil liegen sie jedoch darin, daß die Kathoden infolge ihrer bisher vielfach gewählten Konstruktion an einzelnen Stellen überhitzt werden mußten, um in allen Teilen eine für die geforderte Leistung genügende Emissionsfähigkeit aufzuweisen, und daß die Kathoden infolge dieser lokalen Überhitzung ungleichmäßig emittierten und sich verhältnismäßig rasch verbrauchten.

Die die Erfindung bildende, von diesen Mängeln freie Konstruktion einer Hochleistungsglühkathode für gas- oder dampfgefüllte Entladungsrohre geht auf die Erkenntnis zurück, daß das Glühkathodenproblem mit zentral in der Kathode angeordneten Heizkörpern nicht gelöst werden kann. Beispielsweise erreicht man nämlich bei solchen Kathoden, bei' denen die emittierenden Flächen rippenartig an einem Metallzylinder angesetzt sind, in dessen Innern der Heizkörper angeordnet ist, durch Vergrößerung des Heizkörpers keinen wesentlichen Fortschritt in der Leistungssteigerung. Auch eine Vergrößerung der Heizwirkung in der Weise, daß unter Beibehaltung des an ihren Enden vorhandenen Spannungsabfalls zu der ersten Heizwirkung der Kathode weitere Heizwicklungen elektrisch parallel geschaltet und räumlich mit ihr auf dem gleichen Tragkörper vereinigt werden, beispielsweise durch Einwickeln in die von der ersten Wicklung frei gelassenen Zwischenräume, führt zu keinem prinzipiellen Fortschritt.

Günstigere Ergebnisse werden erst erhalten, wenn in bekannter Weise die Kathode durch mehrere räumlich voneinander getrennte Heizkörper beheizt wird, die so angeordnet

*j Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. Ernst Lübcke in Berlin-Charlottenburg.

sind, daß eine praktisch gleichmäßige Kathodenbeheizung erzielt wird.

Die Erfindung betrifft nun eine Hodfc leistungsglühkathode für gas- oder d; gefüllte Entladungsgefäße mit mehreren rekt beheizten Glühkörpern, bei der der ztf-tjjj Verfugung stehende Kathodenraum in vorteilhafter Weise ausgenutzt ist, derart, daß bei geringer Kathodengröße eine erhebliche Emission und eine gleichmäßige Beheizung der emittierenden Flächen erhalten wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Glühkörper innerhalb eines zylindrischen Metallgehäuses unabhängig voneinander angeordnet, und jeder Glühkörper besteht aus einem rohrförmigen, den Heizkörper enthaltenden Teil mit angesetzten radialen Rippen von derartiger unter sich ungleicher Länge, daß nahezu der gesamte Innenraum des Metallgehäuses an der Elektronenemission beteiligt ist.

Die radialen Rippen können mit einer besonderen, ihrer Form angepaßten Ummantelung versehen sein, die mit ihnen fest verbunden ist und an Stelle der Rippen als Träger der emittierenden Schichten dient. An der Ummantelung können besondere Fußlaschen angeordnet sein, die die Anodenstromzufuhr zu den emittierenden Flächen xinterstützen. Der Kathodenkörper, der die Heizkörper und die auf sie aufgesetzten Emissionsflächen umschließt, kann in an sich bekannter Weise seinerseits von mindestens zwei mit durchlochten Deckeln versehenen Schutzgehäusen umgeben sein. Die räumliche Lage der Heiz- und Anodenstromleitung innerhalb und außerhalb der Kathode ist vorteilhaft der räumlichen Verteilung der Heizkörper in der Kathode angepaßt. Jedem Heizkörper ist vorteilhaft mindestens eine Anodenstromzuführung zugeordnet. Die Anodenstromleiter können als Halterung der Kathode dienen. Das Gehäuse des Entladungsrohres besteht zweckmäßig aus einem vakuumdichten Metallzylinder mit an seinen Enden isoliert aufgesetzten Deckeln. Die Heizstrom- und Anodenstromzuführung kann ohne gegenseitige elektrische isolation durch den Kathodendeckel in einem solchen Abstand voneinander durchgeführt sein, daß der Widerstand des zwischen ihnen liegenden Teiles der Gehäusewand größer ist als der Widerstand des gesamten Heizstromkreises.

Die Zeichnung stellt Ausfühningsbeispiele der Erfindung dar.

Fig. 1 ist ein Querschnitt und Fig. 2 ein Längsschnitt einer Kathode gemäß der Erfindung. Fig. 3 zeigt ein Entladungsgefäß mit einer Kathode gemäß der Erfindung in einem Längsschnitt. In den drei Figuren sind, soweit möglich, gleiche Bezugszeichen verwendet.

Das zylindrische, nach der Anode zu offene Kathodengehäuse 1, das topf ähnlich ausgebil- ·

und z. B. aus einer Nickellegierung her- ;estellt ist, ist beispielsweise von zwei Wärmeutzgehäusen 2 und 3 umgeben, die zugleich Befestigung der Anodenstromleitung 4 und des Heizstromleiters 5 dienen. Die Schutzgehäuse 2 und 3 sind mit durchlochten Deckeln 6 und 7 versehen, die einerseits die Wärmekonzentration im Kathodenkörper 1 unterstützen und andererseits den Elektrodenaustritt nicht behindern. Der Boden des Kathodenkörpers ι ist stärker ausgebildet als seine Wandung, und in ihm sind in elektrisch leitender Verbindung mehrere, z. B. drei, einzelne rohrförmige Heizkörpergehäuse 8 eingesetzt, in denen sich je eine selbsttragende Heizwicklung 9 befindet, deren oberes Ende mit dem zugehörigen Gehäuse 8 elektrisch verbunden ist, während das andere Ende mittels eines Quarzkörpers 10 isoliert aus dem Kathodenkörper 1 und dem inneren Schutzmantel 2 herausgeführt ist. Dieses freie Ende jeder Heizwicklung 9, die aus Wolfram bestehen und an den anderen mit dem Gehäuse 8 verbundenen Enden zwecks erhöhter- Wärmeabgabe dichter gewickelt sein kann, ist durch Verschraubung oder auf andere Weise fest mit einer in Isolierkörpern 11 geführten Querverbindung 12 aus Eisen oder Nickel verbunden, die sämtliche drei Heizwicklungen an den mittels des Isolierkörpers 13 aus dem äußeren Schutzmantel 3 herausgeführten Heizstromleiter 5 anschließt. Die elektrische Ver- 9S bindung der unteren Heizkörperenden kann anstatt durch einzelne bei dem Ausführungsbeispiel entsprechend der Zahl der Heizkörper in Dreieck liegende Leiter 12 auch durch eine ■ zusammenhängende Platte hergestellt sein. Die Anodenstromleiter 4, von denen zweckmäßig mindestens je einer einem Heizkörper zugeordnet ist, sind mittels besonderer Wärmeisolierkörper 14 durch die Schutzgehäuse 2 und 3 herausgeführt. Eine elektrische Isolation der Anodenstromleiter gegen die Schutzgehäuse 2 und 3 ist nicht notwendig. Die Anodenstromleiter dienen, wie insbesondere Fig. 3 erkennen läßt, gleichzeitig als Halterung der Kathode. Die Unterteilung der Hai- tto terung in mehrere einzelne Kathodenträger hat den Zweck, den Wärmeabfluß aus der Kathode soweit als möglich zu verhindern. Ein zentral an der Kathode angeordneter, z. B. aus einem einzigen Anodenstromleiter bestehender Kathodenstützer würde einen zu großen Querschnitt benötigen und eine zu große Wärmemenge aus der Kathode abführen.

Die Heizwicklungen 9 und die sie umgeben- tap den Gehäuse 8 bilden zusammen die eigentlichen Heizkörper. Auf die zylindrischen Ge-

häuse 8 sind, wie insbesondere Fig. ι erkennen läßt, als Tragkörper für die emittierenden Schichten dienende radiale Rippen 15 von derartiger unter sich ungleicher Länge angesetzt, daß nahezu der gesamte Innenraum des Kathodengehäuses ι an der Elektronenemission beteiligt ist. Die Rippen 15 können noch mit einer ihrer Form angepaßten Blechummantelung 16 versehen sein, die mit oder an Stelle der Rippen 15 als Träger der emittierenden Schichten dient. Wenn dabei die Rippen 15 an ihrem äußeren Ende mit der Ummantelung 16 fest verbunden sind, so wirken die Rippen 15 als Wärmeleiter zu den äußeren Punkten der emittierenden Flächen, die außer durch diese Wärmeleitung noch durch Wärmestrahlung von dem inneren Zylinder 8 her aufgeheizt werden. Die Rippen oder an ihrer Stelle die Ummantelung 16 sind an verschiedenen Stellen mittels besonderer Lappen 17 mit dem Boden des Kathodenkörpers 1 elektrisch leitend verbunden, da der Mittelzylinder 8 für die Zufuhr der hohen Anodenströme nicht ausreicht. Die Zylinder 8, unter Umständen auch die Rippen 15 und die Ummantelung 16, sind aus hochschmelzbaren Metallen, wie Molybdän, Wolfram oder Tantal, hergestellt und mit einem Metallüberzug, z. B. einer Nickellegierung, versehen, der in Verbindung mit Erdalkalien eine besonders günstige Emissionsfähigkeit aufweist. Die einzelnen Heizkörper mit den auf sie aufgesetzten Emissionsflächen können durch besondere in Fig. 1 gestrichelt eingezeichneteQuierwände voneinander getrennt sein. Diese Querwände können ebenso wie die Wandungen des Kathodenkörpers 1 als Emissionsflächen ausgenutzt werden.

Fig. 3 läßt die Ausbildung eines Hochleistungsrohres erkennen, in dem Glühkathoden gemäß der Erfindung verwendet werden sollen. Das Gehäuse des Rohres besteht aus einem vakuumdichten Metallzylinder 18, der einen beträchtlichen Durchmesser, z. B. 70 cm und mehr, bei entsprechender Länge hat und an seinen Enden durch Deckel verschlossen ist, die mit ihm in einer der bei Vakuumgefäßen bewährten Weise vakuumdicht, aber zugleich elektrisch isoliert, z. B. mittels besonderer Isolierzwischenlagen 26, verbunden sind. Der Anodendeckel 19 ist kugelig gewölbt und trägt die Anode 20, die aus einem bei Hochleistungsgleichrichtern bekannten Werkstoff, wie Graphit, oder einem geeigneten Schwermetall besteht. Der kathodische Teil 21 des Entladungsgefäßes ist vorzugsweise kegelig ausgebildet und mit einem Ansatz 22 versehen, in dem z. B. Quecksilber oder -ein anderer die Gasoder Dampfatmosphäre erzeugender Stoff sich befindet. Zur Erzeugung des nötigen Gas- oder Dampfdruckes im Rohre kann eine Vorrichtung zum Erzeugen beliebiger Temperaturen in diesem Ansatz vorgesehen sein, beispielsweise eine Heizwirkung 23 oder eine nicht dargestellte Kühlschlange. Zwischen der Kathode, von der das äußere Schutzgehäuse 3 dargestellt ist, und der Anode 20 kann ein Steuergitter 24 vorgesehen sein, das mit dem metallischen Gehäuse 18 verbunden ist. An Stelle eines besonderen Steuergitters ist es auch bei entsprechender Ausbildung des Gehäuses 18 möglich, das Gehäuse selbst für Steuerungszwecke zu benutzen. Die Kathode ist, wie bereits angegeben, mittels der Anodenstromleiter 4 in dem Rohr gehalten. Diese Stromleiter 4 sind direkt an dem Dichtungsflansch 25 befestigt. Sie können auch selbst als Dichtungsflansch ausgebildet sein, so daß nur eine Dichtungsfläche vorhanden ist, welche unter Verwendung einer Isolierzwischenlage 26 gegen den Zylinder 18 gepreßt wird. Die Anodenstromleiter 4 können auch ebenso wie der Heizstromleiter 5 durch den z. B. aus Eisen bestehenden Ivathodendeckel 21 isoliert herausgeführt werden. Statt dessen ist es auch möglich, die Anodenstromleiter und den Heizstromleiter mit dem Metalldeckel 21 elektrisch zu verbinden, um die Schwierigkeiten, die die vakuumdichte isolierte Durchführung verhältnismäßig großer und hohe Ströme führender Leiter bietet, zu umgehen. Die Wand des Deckels zwischen den Leitern 4 und 5 bildet dann einen Nebenschluß zu der eigentlichen Heizwicklung. Durch Ausgestaltung der Wand des Deckels (z. B. mittels Eindrehungen") und durch Wahl der Anschlußpunkte für die Leiter 4 und 5 kann man den Widerstand der Wand zwischen den Leitern größer als den gesamten Widerstand des Heizkreises halten, so daß der durch den Nebenschluß der Deckelwand bedingte Stromverlust nicht störend wirkt.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Hochleistungsglühkathode für gas- oder dampfgefüllte Entladungsgefäße mit mehreren indirekt beheizten Glühkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühkörper innerhalb eines zylindrischen Metallgehäuses unabhängig voneinander angeordnet sind und jeder Glühkörper aus einem rohrförmigen, den Heizkörper enthaltenden Teil mit angesetzten radialen Rippen von derartiger unter sich ungleicher Länge besteht, daß nahezu der gesamte Innenraum des Metallgehäuses an der Elektronenemission beteiligt ist.

2. Glühkathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Rippen (15) mit einer ihrer Form angepaßten LImmantelung (Verkleidung 16) ver-

sehen sind, die mit ihnen fest verbunden ist und an Stelle der Rippen als Träger der emittierenden Schichten dient.

3. Glühkathode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Ummantelung besondere Fußlaschen angeordnet sind, die die Anodenstromzufuhr zu den emittierenden Flächen unterstützen.

4. Glühkathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenkörper, der die Heizkörper und die auf sie aufgesetzten Emissionsflächen umschließt, seinerseits von mindestens zwei mit durchlochten Deckeln versehenen Schutzgehäusen umgeben ist.

5. Glühkathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die räumliche Lage der Heiz- und Anodenstromleitungen innerhalb und außerhalb der Kathode der räumlichen Verteilung der Heizkörper in der Kathode angepaßt ist.

6. Glühkathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Heizkörper mindestens eine Anodenstromzuführung zugeordnet ist. »5

7. Glühkathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenstromleiter gleichzeitig als Träger der Kathode dienen.

8. Glühkathode nach Anspruch 1, da- jo durch gekennzeicnhet, daß die Heizstrom- und die Anodenstromzuführung ohne gegenseitige elektrische Isolation durch den Kathodendeckel des aus einem vakuumdichten Metallzylinder mit an seinen Enden isoliert aufgesetzten Deckeln bestehenden Entladungsgefäßes in einem solchen Abstand voneinander durchgeführt sind, daß der Widerstand des zwischen ihnen liegenden Teiles der Gehäusewand größer ist als der Widerstand des gesamten Heizstromkreises.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen