DE645937C

DE645937C - Elektrisches Entladungsgefaess mit mittelbar geheizter Kathode

Info

Publication number: DE645937C
Application number: DEA73574D
Authority: DE
Inventors: Dr Hans Pulfrich; Dipl-Ing Alexander Schmidt
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1934-07-04
Filing date: 1934-07-04
Publication date: 1937-06-07

Description

Bei mittelbar geheizten Kathoden für elektrische Entladungsgefäße betragen die Energieverluste infolge der Wärmeableitung über die zur Stromzuführung für den Heizstrom dienenden Einschmelzdrähte häufig melir als 30 % der zugeführten Heizenergie. Es ist wünschenswert, diese Verluste weitgehend herabzusetzen. Die Verluste bestehen aus Wärmeableitungsverlusten, Strahlungsverlusten und Verlusten infolge Joulescher Wärme. Eine Verringerung des Querschnittes der Einschmelzdrähte, durch die sowohl die Wärmeableitungsverluste als auch die Strahlungsverluste herabgesetzt würden, ist aus mechanischen Gründen nicht möglich. Die Drähte müssen auch bei kleinen Verstärkerröhren einen Querschnitt von etwa 0,5 mm² bis ι mm² haben. Andererseits ist es auch nicht zweckmäßig, die dünnen Heizfadenenden so weit aus der Kathode herausragen zu lassen, daß an der Verbindungsstelle zwischen den Heizfäden und den Einschmelzdrähten eine geringere Temperatur als in unmittelbarer Nähe des Heizkörpers herrscht und dadurch die Wärmeableitungsverluste herabgesetzt werden, da in diesem Falle in den langen Heizfadenenden sehr große Verluste durch Joulesche Wärme eintreten würden.

Gemäß der Erfindung werden nun die Energieverluste an den Heizstromzuführungen dadurch wesentlich herabgesetzt, daß zwischen die Heizfadenenden und die Enden der Einschmelzdrähte Zwischenstücke aus Metall eingeschaltet werden, die so bemessen sind, daß .die Verluste durch Wärmeableitung vom Heizkörper gleich der in den Zwischenstücken erzeugten Jouleschen Wärme ist.

Bei Befolgung dieser Regel sind die Energieverluste an den Heizstromzuführungen, wie durch Versuche und durch exakte Berechnungen festgestellt ist, am kleinsten.

Die Wärmeverluste V, die an den Heizstromzuleitungen entstehen, werden bei Verwendung von Zwischenstücken bestimmt durch:

1. Wärmeableitung V₁ vom Kathodenkörper durch die Zwischenstücke,

2. vom Heizstrom in den Zwischenstücken erzeugte Joulesche Wärme V₂ und

3. von den Zwischenstücken abgestrahlte Wärme.

Die Summe der Verluste beträgt:

V = V_{1 +} V₂,

da die unter 3 genannte Verlustwärme gegenüber den unter 1 und 2 genannten Verlusten gering und unberücksichtigt bleiben kann.

Für einen bestimmten Querschnitt der Zwischenstücke muß nun die Summe der Verluste ein Minimum werden. Die exakte Rechnung führt zu dem Ergebnis, daß der gün-

■') Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden:

Dr. Hans PuIfHch in Berlin-Schmargendorf und Dipl.-Ing. Alexander Schmidt in Berlin-Charlottenburg.

stigste Querschnitt der Zwischenstücke dann erreicht ist, wenn die Verluste durch Wärmeableitung vom Heizkörper gleich dem Verlust durch Joulesche Wärme in den Zwischenstücken sind. ·"*>■:

Die Länge der Zwischenstücke ist so gering! wie möglich zu wählen, um die Strahlungsverluste herabzusetzen. Die Grenze für die \ erkürzung wird dadurch gegeben, daß die

ίο Verbindungsstelle zwischen den Zwischenstücken und den Einschmelzdrähten im Betriebe nicht merkbar warm werden soll. Ebenso ist es notwendig, die freien Heiz-

- drahtenden zwischen dem Heizkörper und den Zwischenstücken kurz zu halten, da diese Stücke hohe Joulesche Wärme haben.

Eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades ergibt sich bei dieser Ausbildung der Heizstromzuführung durch die Verwendung besonders geeigneter Stoffe für die Zwischenstücke, und zwar muß die elektrische Leitfähigkeit k dieser Stoffe groß, die Wärmeleitfähigkeit λ dagegen klein sein. Das Ver-.... . Λ / Watt-cm-'-Grad-i \ . , . ,

haltnis — ^_n- ist bei den

A \ Ohm—¹ >cm—' J gewöhnlich für die Stromzuführungen benutzten Metallen bei Zimmertemperatur etwa 700 · 10—^s bis 800 · io-"⁸. Einige Legierungen zeichnen sich aber durch sehr niedrige Werte aus, so z. B. Eisen-Nickel mit etwa 60 o/_o Nickel, bei dem das Verhältnis

-7- gleich 570 · IO"⁸ ist, und Kupfer-Phosphor

mit vorzugsweise etwa 3 °/o Phosphor, bei λ

dem -7- gleich 430 · io~⁸ ist. Diese Metalle

sind als Baustoff für die Zwischenstücke nach der Erfindung besonders gut geeignet.

Bei gleichem Verhältnis -r- haben die Stoffe

mit kleineren Werten von k den Vorzug, da bei ihnen der aus der Wärmeableitung und der Jouleschen Wärme berechnete günstigste Querschnitt größer als bei größerem Wert von k ist. Diese Stoffe bieten also in mechanischer Beziehung Vorteile. Insbesondere ist es vorteilhaft, Akleiner als o,2Watt · cm^-1 · Grad~* zu wählen.

Schließlich kann man bei der Stoffwahl auch noch die Wärmeabstrahlung berücksichtigen oder den aus einem an sich günstigen Baustoff bestehenden Zwischenstücken durch geeignete Überzüge, z. B. aus Kupfer, Silber oder Gold, wie an sich bekannt, eine möglichst kleine Wärmeabstrahlung geben. ; ν Ein Ausführungsbeispiel der Heizstromzuführung nach der Erfindung ist in der Abbildung dargestellt.

Die Kathode 1 wird von den Haltern 2 getragen. Der Heizstrom für den Heizfaden 3 wird von den dicken Einschmelzdrähten 4 zugeführt. Zwischen den Einschmelzdrähten 4 und dem Heizfaden 3 befinden sich die Zwischenstücke 5. Diese Zwischenstücke können z. B. Röhrchen aus Eisen-Nickel sein. Die Röhrchenform bietet wegen ihrer mechanischen Festigkeit und wegen der Möglichkeit, den Heizfaden einfach durch Einklemmen zu befestigen, Vorteile. Will man die Strahlungsverluste noch weiter herabsetzen, so ist es zweckmäßig, glatte Drähte zu benutzen.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrisches Entladungsgefäß mit mittelbar geheizter Kathode, bei dem zwischen die Enden des Heizfadens und der Einschmelzdrähte Zwischenstücke aus Metall eingeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Verluste in den Zwischenstücken durch Wärmeableitung vom Heizkörper gleich der in den Zwischenstücken erzeugten Jouleschen Wärme sind.

2. Elektrisches Entladungsgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstücke aus Stoffen bestehen, bei denen das Verhältnis von Wärmeleitfähigkeit zu elektrischer Leitfähigkeit

,,. . , , , ο Watt -cm—»-Grad—¹

kleiner ist als 650· 10 ~^s· —^r ; ;—

⁰ Ohm —^l · cm —*

(z.B. Eisen-Nickel mit etwa 6o°/₀ Nickel), Kupfer-Phosphor mit etwa 3% Phosphor).

3. Elektrisches Entladungsgefäß nach Anspruch I oder 2, gekennzeichnet durch Zwischenstücke aus einem Metall mit einer Wärmeleitfähigkeit, die kleiner ist als 0,2 Watt cm"¹ · Grad—¹.

4. Elektrisches Entladungsgefäß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstücke mit überzügen aus Kupfer, Silber oder Gold versehen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen