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lonenrelaisröhre Die Erfindung bezieht sich auf eine Ionenrelaisröhre
mit einer Glühkathode und einem die aktivierteKathodenoberfläche vollkommen vom
äußeren Entladungsraum und der Anode trennenden und zur Löschung der Entladung bei
positiven Anodenspannungswerten verwendbaren Steuergitter.
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Es ist an sich bekannt, die Gitter einer solchen Röhre derart zu bemessen
und den Gas- bzw. Dampfdruck in dem Entladungsgefäß derart zu wählen,.daß es möglich
ist, die Entladung zu löschen, ohne dabei die Anodenspannung auf einen kleinen Wert
oder ganz auf Null herabsetzen zu müssen. Diese Wirkung ist im allgemeinen eine
Funktion der angelegten Anodenspannung und des vor dem Löschen fließenden Anodenstromes.
Es handelt sich nämlich darum, tdie an einander gegenüberliegenden Teilen des negativ
aufgeladenen Steuergitters auftretenden positiven Ionenhüllen so dick zu machen,
daß diese einander berühren, und den Elektronen der Entladung den Weg durch die
betreffende Gitteröffnung zu versperren. Es hört dann an dieser Stelle .der Stromübergang
vollständig auf.
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Es ist dadurch nur bei sehr geringen Stromstärken und mit von der
freien Weglänge der Gas- oder Dampffüllung abhängigen Querdimensionen des Gitters
möglich, eine Löschung zu erzielen. Es gilt dies besonders für Gitter, welche mitten
im Entladungswege oder, wie mehrfach vorgeschlagen wurde, in der Nähe der Anode
angeordnet sind, weil in diesem Falle Elektronen aus allen Richtungen an die Gitteröffnungen
herankommen können, so daß man gezwungen ist, z. B. Schachtgitter von verhältnismäßig
großer Tiefe und kleinen Gitteröffnungen zu verwenden, wodurch der Vorwärtsspannun:gsverlust
in ungünstiger Weise beeinflußt wird. Es ist ersichtlich, daß man gerade im Hinblick
auf die Tatsache, daß die Dicke der Ionenschichten an der Gitteroberfläche mit
steigender
Stromstärke porportional abnimmt nur bei sehr geringen Strömen bzw. bei sehr engen
Gitteröffnungen eine Löschung bewirken kann.
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Diese Schwierigkeit tritt besonders stark in Erscheinung, wenn sich
die Entladung auf eine einzige Gitteröffnung konzentriert, so daß die übrigen Gitteröffnungen
unwirksam sind.
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Es ist das Ziel der Erfindung, das Löschen auch bei größeren Stromdichten
zu ermöglichen, ohne dabei Gitter zu verwenden, iwelche den Vorwä rtsspannungsverlust
in unzu1iissiger Weise erhöhen, und den Vorgang an sich zuverlässiger zu gestalten.
Zu diesem Zwecke wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß in unmittelbarer Nähe
der Kathode die Bewegungsrichtung der Elektronen praktisch ausschließlich senkrecht
zur Kathodenoberfläche steht, d.li. nicht mit den willkürlich gerichteten Komponenten
beh iftet ist, welche man in der übrigen Entla:iungsbalin antrifft.
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Außerdem stellt sich bei den der Erfindung zugrunde liegenden Versuchen
heraus, dall hinsichtlich der Bemessung des Gitter-Kathoden-Abstandes bestimmte,
bisher noch nicht berücksichtigte physikalische Zusammenhänge bestehen, welche es
ermöglichen, einen größeren Gitter-Kathoden-Abstand zei wählen, wodurch die baulichen
Schwierigkeiten, besonders iin Hinblick auf die hohe Temperatur der Kathode, erheblich
verringert werden.
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Wenn von einer Glühkathode in einer Gas-oder Dampffüllung von verhältnismäßig
niedrigem Druck (,z. B. von einigen Mikron bi: zu einigen Milliinetern) eine lichtbogenförmige
Entladung ausgeht, befindet sich in der unmittelbaren N ahe der Kathode ein Katliodendunlelraum
von verhä ltnisim ßig geringer Dicke, in dem praktisch der ganze Spannungsverlust
der Entladung aufgenommen wird. Die Dicke dieses Dunkelraumes in Zentiinetern, d:
wird annähernd durch nachfelgende Formel bestimmt, in der i d:e Entladungsstromdichte
an der Kathodenoberfläche und L'" der Kathodenfall ist:
| rl = 2,8 # io-' I',2 . L_ -. |
Diese Formel ist für Werte von weniger als io inmHg vom Druck praktisch unabhängig
und vernachlässigt den Einfluß der Kathodenkrümmung. Letzteres ist zulässig, sofern
die Dicke der Dunkelraumschicht ini Verhältnis zum Krümmungshalbmesser der Kathodenoberfläche
sehr klein ist, was in den praktisch vorkommenden Füllen durchweg zutrifft.
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Aus obiger Formel läßt sich für die maximale Dicke des normalerweise
vorhandenen hatllodend,unl<elrattanes, d. b: für den Fall. daß sich keine anderen
Elektroden ;n der nnmittelbarer Nähe der Kathode befinden. die nachfolgende einfache
Formel herleiten. wenn inan als höchst zu erwartenden Wert für L'" i; Volt einsetzt:
Es hat sich nun bei den der Erfindung zugrunde liegenden Versuchen herausgestellt
und ist auch schon bei bekannten Röhren verwirklicht, daß sich dieser Katho#,lendunkelrauni
bis an das d?e Kathorie von der Anode trennendeGitter erstrecken und den zwischengelegenen
Raum vollkommen ausfüllen nielfl. wenn es möglich sein soll, die Entladung mittels
dieses Gitters zu löschen. Die sich hierbei ergebende beringe Dicke des Kathodendunkelraumes
verursachte jedoch erliebl:clie Schwierigkeiten bei der Herstellung der Röhren,
da bei den geringen Gitter-Kathoden Abständen eine unzulässige Erhitzung des Gitters
meist schwer zu vermeiden war, während es ebenfalls schwer hielt, eine gegenseitige,
gut isolierte Anordnung zu erzielen und aufrechtzuerhalten.
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Überraschenderweise zeigte sich jetzt, daß sich eine günstige Funktion
des Gitters ebenfalls erzielen läßt, wenn das Steuergitter außerhalb des Bereiches
des normalerweise vorhandenen Dunkelraumes angeordnet wird und eine bestimmte Maschenwe?te
erhält. Es zeigt sich dabei, daß die Dicke des Kathodendunkelrauines durch den Einfluß
einer nahegelegenen:Gitterelektrode, deren'-Maschenweite in passender Weise bemessen
ist, innerhalb gewisser Grenzen Tiber ihren normalen Wert hinaus an diese Elektrode
herangezogen werden kann, d. 1i. bis auf eine erheblich größere Entfernung von der
Kathodenoberfläche.
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Nach diesen Erkenntnissen besteht die Erfindung darin, daß bei einer
Ionenentladungsröhre der eingangs genannten Gattung die Weite der Gitteröffnungen
höchstens zu o,4 inin gewählt wird und der gegenseitige Abstand von Gitter und Kathorl-
größer gemacht wird als die größte Dicke des normalerweise auftretenden Kathodendunkelraumes.
jedoch klein genug, um diesen Dunkelraum betriebsmäßig derart auszudehnen, daß er
den Innenraum des Gitters vollkommen ausfüllt.
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Obiges Ergebnis 1ä ßt sich zweckmäßig dadurch erzielen, daß man eine
Gas- oder Dampffüllung verwendet, deren betriebsmäßiger Druck bei Verwendung von
Argon höchstens 0,7 mm beträgt, jedoch bei anderen Edelgasen, Dämpfen oder
einem Geni:sch von beiden so viel mehr oder weniger, daß sich
eine
gleiche freie Weglänge der Atome ergibt, während die Gitteröffnungen bei einem Drahtnetzgitter
eine Querdimension von höchstens o,4. mm aufweisen. Es ergeben sich bei der Erfindung
vorzugsweise Gitter-Kathoden-Abstände zwischen 1,5 iznd 4. mm.
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Bei den angegebenen Betriebsdrücken von höchstens 0,7 mm Hg
Argon ist eine Löschung nennenswerter Ströme bei Gitter-Kathoden-Abständen von mehr,als
q. mm und einer Querdimension :der Gitteröffnungen von mehr als 0,4 mm nicht mehr
zu erzielen.
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Gemäß der im vorhergehenden gegebenen einfachen Formel für d erhält
man für die Dicke des Kathodendunkelraumes als Funktion der Entladungsstromdichte
i an der Kathode:
| i - 2 Amp. /cm'= : d - o, i 2 mm |
| i-i - : d -o,i8 - |
| i _-_o,2 - : d- o,38 _ |
| i = o,i - : d --- 0,55 - |
| i = 0,05 - ; d - o,85 - |
Aus diesen Werten geht hervor, daß die Dicke der normalen Dun ikelraumschicht den
Wert von i mm auch bei den niedrigsten Flächenbelastungen der Kathode nicht erreicht,
so daß sich bei Befolgung der Regel nach .der Erfindung im Gitterkathodenabstand
ein erheblicher Gewinn erzielen läßt. Durch diese Vergrößerung :des Abstandes werden
die bereits geschilderten Nachteile, Überhitzung des Gitters und Isolationsschwierigkeiten,
vermieden. Dennoch bleibt es jetzt möglich, den Raum zwischen Gitter und Kathode
vollständig durch den Kathodendunkelraum auszufüllen. Eine Konzentration der Entladung
auf einen Teil der Gitter- bzw. Kathodenfläche, welche bei der .gebräuchlichen Bauart
möglich bleibt und die Löschung ungünstig beeinflusssen würde, kann jetzt nicht
mehr auftreten, so .daß es innerhalb gewisser Grenzen unabhängig von Anodenspannung
oder Anodenstrom möglich ist, die Entladung zu löschen.
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Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung wiedergegebenen
Ausführun.gsbeispieles näher erläutert.
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In der Figur ist die Bauart einer Röhre dargestellt, wie sie für die
Erfindung in Frage kommt, in welcher also der Entladungsstrom gelöscht werden kann,
ohne daß dabei die Anodenspannung auf einen kleinen Wert oder ganz auf Null herabgesetzt
werden muß, sofern die inneren Ausmaße und der Druck der ionisierbaren Füllung den
erfindungsgemäßen Anforderungen entsprechen.
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Die abgebildete Gleichrichterröhre besteht aus einem Glaskörper i,
in dem eine indirekt beheizte Kathode 2 mit Heizkörper 3, ein von der Kathode isoliert
angeordnetes Gitter und zwei Anoden 5 auf einem Quetschfuß 6 angeordnet sind. Der
Aufbau der Kathode 2, des Gitters .a. und der Isolierringe 7 ist ein derartiger,
daß sich an keiner einzigen Stelle des zwischen Kathode und Gitter befindlichen
Teiles des Entladungsrauines Gitter-Kathoden-Abstände ergeben, welche über die gemäß
der Erfindung zulässigen Werte hinausgehen. Wenn nämlich auch nur an einer einzigen
Stelle eine so viel größere Entfernung vorhanden wäre, daß sich der Kathodendunkelraum
von dem Gitter loslösen würde, wäre es nicht mehr möglich, eine sichere Löschwirkjung
unter allen Umständen zu gewährleisten. Die Anoden 5 waren bei den Versuchen elektrisch
miteinander verbunden.