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Gas- oder dampfgefüllte Entladungsröhre -Die Erfindung bezieht sich
auf gas- oder dampfgefüllte Entladungsröhren mit sogenannten Gaskathoden. Das sind
Röhren, bei denen eine Hilfsgasentladung die Funktion einer Elektronenquelle, also
einer Kathode, für eine zweite zur Erzeugung, Verstärkung oder Gleichrichtung elektrischer
Schwingungen benutzte Entladungsstrecke ausübt. Die Gasentladungsstreckehat im allgemeinen
eine Glühkathode und eine durchbrochene, z. B. netzartige Anode, die im Hinblick
auf die zweite Entladungsstrecke Emissionsgitter genannt wird.
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Die zweite Entladungsstrecke enthält mindestens noch ein Steuergitter
und die eigentliche Nutzanode. Zwischen diesen Elektroden und dem Emissionsgitter
muß der Abstand kleiner als die freie Elektronenweglänge beim Betriebsdruck des
Füllgases oder -dampfeß gemacht werden, damit sich hier keine Ionen bilden können,
die eine stetige Steuerung der Entladung vereiteln werden. Gleichzeitig müssen die
beiden Elektroden vollkommen von der Kathode der Hilfsentladung abgeschirmt, also
nur durch das Emissionsgitter erreichbar sein, da sich sonst Nebenentladungen ausbilden
könnten, die unbedingt vermieden werden müssen.
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Diese Forderungen haben gewisse technische und bauliche Schwierigkeiten
zur Folge. Es ist bekannt, diese Schwierigkeiten dadurch zu bekämpfen, daß die Anode
vollständig vom Steuergitter, das Steuergitter vollständig vom Emissionsgitter umgeben
und die Zuleitungen isoliert herausgeführt werden. Weiterhin ist es bekannt, Steuergitter
und Anode durch elektrisch isolierendes Material räumlich so abzuschließen, daß
die Anode nur vom Steuergitter her, das Steuergitter nur vom Emissionsgitter für
Ladungsträger zugänglich ist. Anordnungen dieser Art sind aber sehr schwer herzustellen
und
bedingen einen komplizierten Aufbau. Das zeigt sich insbesondere
dann, wenn die Elektroden mit den geringen Abständen größer" Ausdehnung besitzen
sollen.
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Es hat sich ferner gezeigt, daß es ungiiri=', stig ist, in der Hauptentladung
oder in del:;i unmittelbarer- Niihe Isoliermassen anzillli-i@: gen. Besonders LIIl@llllstl
wirkt es sich aus.
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wenn die heiße Nutzanode finit Isolierkörpern in Berührung kommt.
I?s ist niöglicli, daß - Isolierkörper die zum Teil recht hohen Betriebstemperaturen
in der l?ltladting nicht aushalten und sich entweder dabei zersetzen oder Gas abgehen
oder beides triel. Es kan:i aber auch sein, dafi sich auf den Isolatoroberfl,ichen
Niederschläge bilden, die Anlaß zti schädlichen Kriechströmen und damit zu örtlichen
Überhitzungen, Gasausbrüchen o. dgl. geben. Auf diese Weise erklärt es sich wahrscheinlich,
weshalb die üblichen Gaskathodenröhren nur finit verliiiltnismäßig niedrigen Anodenspannungen
betrieben werden können. ]in allgemeinen sind nämlich Gaskathodenröhren nur bis
etwa @oo Volt betriebssicher, wenn auch einzelne Röhren finit höheren Spannungen
betrieben werden konnten.
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Zur Berücksichtigung dieses Sachverhalts wird erfindungsgemäß ineinergas-oderdannpfgefüllten
Entladungsröhre, hei der die Anode einer als Elektronenquelle dienenden Hilfsentladung
zugleich die Kathode der Nutzentladung ist und von den Elektroden dieser Nutzentladung
einen Abstand besitzt, dür kleiner als die freie Elektronenweglänge ist, die Anode
der Nutzentladung (Nutzanode) so angeordnet, daß zum mindesten der betriebsmäßig
sich erhitzende Teil der Anode vollkommen frei liegt und finit keinem Isolator in
Berührung kommt, und im Entladungsgefäß ein Isolierhohlkörper vorgesehen, der die
Hilfsentladungsstrecke gegen die Nutzanode abschließt und eine von der Anode der
Hilfsentladung (Einissionsgitter) abgedeckte Offnuiig besitzt. Es hat sich gezeigt,
daß inaii in diesem Falle die Nutzanode im richtigen Abstand frei vor (lern Einissions-
und Steuergitter anordnen kann. Ein Umgreifen der Entladung findet nicht statt.
Es ])rauchen auch keine besonderere Abschirnineaßnahm; n für die an der Entladung
uribeteiligten Teile der Anode und für die Zuleitungen ergriffen zu werden. Es hat
sich ferner gezeigt, daß die Abschirmung gegen das Steuergitter nicht vollständig
zu sein braucht. Es ist durchaus möglich, den Hilfsentladungsraurn an einer vorn
Steuergitter abgekehrten und entfernten Stelle offen zu lassen, ohne daß überschläge
befürchtet werden müssen. Eine solche Maßnahme empfiehlt sich in vielen Fällen,
wei? dadurch eine bessere Gleichmäßigkeit (fies Gasdrucks gewährleistet ist. Zum
besseren Verständnis der Erfindung sind i21 Abb. 1 und 2 zwei typische Ausführungsformen
von Gaskathodenröhren dargestellt, wie sie bisher gebaut wurden. In i bedeutet 1
die Glühkathode, 2 das 3 das Steuergitter und 4 die ',-:eutzanocle. Zwischen diesen
Elektroden befinden sich Isolierkörper, die für= die Aufrechterhaltung des richtigen
Abstandes sorgen. Diese Isolierki>rller sind in der Zeichnung nicht dargestellt.
Ferner müssen bei dieser Ausführungsform die Zuführungen und 6 zu Anode und Steuergitter
gegen den Gasentladungsrauni besonders abgeschirmt, also beispielsweise finit einem
isolierenden Überzug versehen werden. Auch für die Zuführung 7 des Emissionsgitters
hat man im allgemeinen eine solche Abschirmung vorgesehen, uni eine überflüssige
und energieverzehrende Stromaufnahme durch diese Metallfl;iclieii zu vermeiden.
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Abb. 2 stellt eine andere Ausführungsform einer bekannten Gaskatliodenröhre
dar. Die einzelnen Ziffern haben dieselbe Bedeutung wie in Alb. i. Der UIlterscliietl
besteht lediglich in denn gemeinsamen Isolierkörper 8, in dein die r@lektroden wie
in einen Rahmen eingebettet sind. Die übrigen Verhältnisse entsI1i-ecIlen denen
in Alb. i.
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Die beiden Beispiele lassen erkennen, «-elche ScInvierigkeiten sowohl
in mechanischer Hinsicht bei der Herstellung der Elektroden und ihrer. Anordnung
im Isolierteil wie bezüglich der Entgasung des Isolierteiles auftreten. Die Isolierteile
bestehen im allgemeinen aus keramischem Material, da eine große Maßgenauigkeit eingehalten
werden muß. Bekanntlich lassen sich aber keramische :\-laterialien an sich schon
schwer entgasen, so daß es verstiindlich wird, daß derartige Röhren erfalirungsgeiniiß
sehr unzuverlässig anleiten und zu Gasausbrüchen u. dgl. neigen. Außerdem muß man
sich vor- Augen halten, daß die Isolierteile die Anodenverluste mehr oder weniger
nnit aufzunehmen und fortzuleiten haben und deshalb diese holten Temperaturen ti:ihedingt
vertragen müssen.
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In den folgenden Abb.3 bis 6 sind Ausführungsformen der Erfindung
dargestellt. i Minen allen ist gemeinsam, daß die Nutzanode in ihrem von Elektronen
getroffenen Teil vollkommen frei liegt und mit keinem Isolator in, Berührung steht,
daß weiter der Isolationsweg zwischen Anode und Emis- 1 sionsgitter möglichst lang
gemacht ist und daß trotzdem eine vollkommene Abschirmung zwischen der Glühkathode
der Hilfsentladung und der Nutzanode besteht.
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. Abb.3 stellt eine erste Ausführungsform eileer erfindungsgemiißen
Röhre dar. Die Kennziffern i bis 7 haben die gleiche Bedeutung
wie
in den vorhergehenden Abbildungen. Um die Glühkathode i ist ein topfförmiges Gefäß
aus Glas, Quarz o. dgl. angeordnet, welches oben durch das Emissionsgitter 2 abgedeckt
wird. Die Hilfsentladung ist infolge dieser Ausbildung auf den Raum innerhalb des
Isolierkörpers 8 beschränkt. Das hät zur Folge, daß sowohl das Steuergitter 3 wie
die Anode 4. in der dargestellten Weise frei angeordnet werden können, ohne daß
sie selbst oder die Zuleitungen 5," 6 und 7 zu Anode, Steuergitter und Emissionsgitter
irgendwie abgeschirmt werden müßten. Ein besonderer Vorteil dieser Anordnung besteht
darin, daß :ich .die einzelnen Elektroden frei ausdehnen können, so daß sie bei
Erhitzung auf Betriebstemperatur keine Verwerfungen erleiden.
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Die Anordnung in Abb.4 unterscheidet sich durch die Form des Isolierkörpers
8, der für die Trennung der beiden Entladungsstrecken sorgt. Bei dieser Ausführungsform
ragt die Anode in ein oben geschlossenes Gefäß aus Glas, Quarz oder Keramik hinein,
ohne die Seitenwände dieses Gefäßes zu berühren. Das Emissionsgitter 2 und das Steuergitter
3 sind mit Hilfe eines isolierenden Ringes 9 zwischen der Anode 4 und der Kathode
i angeordnet und füllen den ganzen Querschnitt des Gefäßes 8 aus. Die beiden Ausführungsformen
zeichnen sich, wie ohne weiteres zu erkennen ist, durch einen besonders langen Isolationsweg
zwischen Anode und Emissionsgitter aus.
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Bei der Röhre in Abb. 5 ist an Stelle der planparallelen Anordnung
der einzelnen Elektroden eine koaxial zylindrische getreten. Auf diese Weise erhält
man eine sehr viel größere Anodenfläche und damit eine größere Leistungskapazität,
ohne daß sich die linearen Ausdehnungen wesentlich vergrößert haben. Auf diese Weise
ist es möglich geworden, großflächige Elektroden so gegeneinander anzuordnen, daß
i. die Anode wieder bezüglich der beiden"anderen Elektroden frei liegt und trotzdem
der notwendige geringe Abstand gewahrt bleibt. Der Isolierkörper, der für die Halterung
des Emissionsgitters 2 und des Steuergitters 3 sorgt, besteht bei dieser Ausfülirungsform
aus einem kappenförmigen Teil 8 und einem mit dem einen Quetschfuß der Röhre verschmolzenen
zylindrischen Teil 8'. Die Elektroden liegen innen und außen auf, so daß
ihr Abstand gleich der Materialstärke der beiden Isolierkörper wird. Die Anode umgibt
die beiden Elektroden zylindrisch und koaxial und ist mit Hilfe besonderer .Klammern
an den beiden Ouetschfüßen festgelagert. Am oberen Isolier_körper 8 sitzt ein Kreuz
io aus Metallstreben, an denen die Anode mit Hilfe von vier Streben aus Metall i
i befestigt ist. Das Kreuz seinerseits ist über Streben 12 mit einem Ring
13 verbunden, welcher den oberen Quetschfuß eng umfaßt. Das Tellerrohr des
unteren Quetschfußes wird in gleicher `'eise von einem Ring 13' um.faßt,
von dem aus Streben i i' zur Anode führen und diese auch von unten her abstützen.
Die Anode ist also nach allen Richtungen gegen Lageänderungen. gesichert.
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Das Kreuz io, welches den Hals des oberen Isolierkörpers 8 umfaßt,
ist in Abb. 5 a im Querschnitt dargestellt.
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Die Röhre in Abb.6 stellt eine Weiterentwicklung der eben beschriebenen
Röhre mit zylindrischer Anode dar. Die zylindrische Anode -t ist in diesem " Falle
gleichzeitig als Vakuumgefäß ausgebildet worden, wodurch sich eine noch größere
Leistungskapazität infolge der Luftkühlung ergibt. Selbstverständlich lassen sich
auch noch künstliche Kühlmittel verwenden, die eine weitere Leistungsvergrößerung
gestatten. Der obere Isolierkörper 8, an dem, wie in Abb. 5, die Elektroden 2 und
3 befestigt sind, besteht aus einem zylindrischen Teil aus Quarz, Glas o. dgL; welches
durch eine mittlere Trennwand abgeschlossen ist. Der untere Isolierkörper 8' ist
ähnlich wie oben mit dein Glasgefäß verschmolzen. Die Zuleitung zum Emissionsgitter
7 und die Zuleitung 6 zum Steuergitter können, wie übrigens auch im Beispiel der
Abb. 5, isolierende Überzüge besitzen, so daß die Gefahr von schädlichen Nebenentladungen
gänzlich ausgeschaltet ist.
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Ohne sich auf eine bestimmte Theorie zu beschränken, scheinen die
mit den erfindungsgemäßen Röhren erzielbaren ausgezeichneten Ergebnisse darauf zu
beruhen, daß die Entladung von allen störenden Nebeneffekten frei gehalten wird.
Die Hauptquelle solcher störenden Nebeneffekte- sind die Isolierkörper, die man
bisher unbederiklich in oder neben der Nutzentladung angeordnet hat. Bei Betriebsbedingungen
erhitzten sich diese Isolierkörper und wurden dadurch entweder leitend oder zersetzten
sich oder bekamen einen Überzug von leitendem Material. Es ist vielfach festgestellt
worden, daß sich auf den Isolatoren oder in deren Nähe besondere Entladungsnester
ausbildeten, die zu einer Verschmutzung der Isolatoren führten. Bei fertig abgeschmolzenen
Röhren führt -eine derartige Verschmutzung zu einer dauernden Verschlechterung der
Entladungsbedingungen. .
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Die Bedeutung der Erfindung erkennt man am besten an den mit ihr erzielten
Ergebnissen. Erfindungsgemäße Röhren erwiesen sich nämlich bis 25oo Volt als absolut
spannungssicher, ohne daß dieser Wert eine obere
Grenze darzustellen
braucht. Als Verstärkerröhre für normale Radiofrequenzen wurde bei 12oo Volt Anodenspannung
ein Wirkungsgrad bis zu 8o°% erzielt. Ferner wurden erfindungsgemäße Röhren bis
zu Wellenlängen von 5,7 m untersucht und erwiesen sich sowohl als fremderregte
wie als selbsterregte Stufe in jeder Hinsicht als brauchbar und hatten bei diesen
kurzen Wellen noch einen Wirkungsgrad von mindestens 31'/o.