DE820937C - Gluehkathode fuer Vakuumroehren - Google Patents

Description

S. 175) AUSGEGEBEN AM 15. NOVEMBER 1951

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Glühkathodeii für elektrische Entladungsgeräte, insbesondere für Vakuumröhren, und betrifft die Ausführung einer Glühkathode, die gegenüber ähnlichen früheren Konstruktionen den Vorzug aufweist, daß sie in der Herstellung einfacher und stabiler ist und im Gebrauch weniger Anstände verursacht. Die erfindungsgemäße Glühkathode kann bei verschiedenartigen Elektronenröhren, wie Radiosenderöhren, Gleichrichterröhren usw., vorteilhaft angewendet werden, ohne daß die Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung durch diese Beispiele erschöpft sind.

In den früher verwendeten Radiosenderöhren hoher Leistung besteht die Glühkathode aus einer Anzahl von parallel zueinander angeordneten und einen Zylinder bildenden Wolframdrähten. Jeder einzelne Draht ist mit seinem einen Ende an einer feststehenden Stütze und mit dem anderen Ende an einem Haltestal) befestigt, der die Längsachse des von den Drähten umschlossenen Zylinders bildet, ao Dieser Haltestab wird durch eine Druckfeder derart in seiner Längsrichtung verschoben, daß die Drähte entsprechend ihrer infolge der Erhitzung vor sich gehenden Ausdehnung gespannt bleiben. Das ist wichtig, weil die Glühdrähte innerhalb des Gitters der Röhre liegen, von dem sie stets den nötigen Abstand haben müssen. Die Wirkung einer derartigen Feder ist jedoch unzuverlässig, und es ist kaum möglich, alle Drähte einer derartigen Glühkathode gleichmäßig gespannt zu halten. Man hat daher vorgeschlagen, jeden einzelnen Draht durch eine kleine Feder gespannt zu halten; die Beschaffung von solchen Federn, die den auftretenden hohen Temperaturen standhalten, bereitet aber große Schwierigkeiten. Die Erfindung bezweckt daher, eine Glühkathode

für Vakuumröhren zu schaffen, der die Nachteile der bisher üblichen Ausführungen nicht anhaften. Insbesondere wird bei der Kathode gemäß der Erfindung die Verwendung von Federn zum Straffhalten der Drähte vermieden, wodurch Störungen im Betrieb der Vakuumröhre infolge des Versagens der Federn unmöglich gemacht werden. Grundsätzlich ist die vorliegende Glühkathode so konstruiert, daß sich die Drähte in geregelter Weise ausdehnen

ίο können und dabei stets ihre richtige Lage in bezug auf das umgebende Gitter behalten. Das wird in der Weise erreicht, daß jeder einzelne Draht schraubenlinienförmig um einen die Mittelachse der Windungen sämtlicher Drähte bildenden Haltestab zwischejj zwei um beispielsweise i8o° senkrecht zu der Mittelachse versetzten Befestigungspunkten verläuft, welche den gleichen seitlichen Abstand von der Mittelachse haben und deren gegenseitige Entfernung wesentlich kleiner als die gestreckte Länge

ao der Drähte ist. In kaltem Zustande liegen die gewundenen Drähte zusammen auf einer Fläche, welche bei einer Drehung der ganzen Drahtkonstruktion um den Haltestab als Mittelachse einen Rotationskörper von der Form einer Sanduhr ergeben würde. Bei der

as während des Betriebes der Vakuumröhre eintretenden Erhitzung dehnen sich die Drähte um einen vorausberechneten Betrag aus und verlaufen dann so, daß auch die mittleren Teile der Drahtwindungen auf einer zylindrischen Fläche liegen, die durch die beiderseitigen Befestigungspunkte der Drähte geht. Auf diese Weise behalten die Drähte beim Betrieb der Röhre stets den nötigen Abstand von dem Gitter und anderen Röhrenteilen. Die beiderseitigen Stützpunkte für die Drahtenden werden zweckmäßig auf zwei die Mittelachse umgebenden Kreisen angeordnet, und zwar so, daß die zwei zu jedem Draht gehörigen Stützpunkte um einen Winkel von vorzugsweise i8o°, der aber auch größer oder kleiner sein kann, gegeneinander versetzt sind. Die Länge und schraubenlinienförmige Form der Drähte wird dann in der Weise festgelegt, daß jeder einzelne Draht bei normaler Betriebstemperatur in seiner ganzen Länge auf einer den mittleren Haltestab umhüllend gedachten Zylinderfläche liegt. Nach der Abkühlung verkürzen sich die Drähte, wobei die käfigartige Drahtkonstruktion eine Einschnürung in der Mitte erhält und als Rotationskörper die Form einer Sanduhr annehmen würde.

Die endgültige Form, welche die erfindungsgemäße Glühkathode bei Betriebstemperatur annehmen soll, richtet sich nach verschiedenen Gesichtspunkten, wie etwa räumliche Beschränkung innerhalb der Röhre, Höhe der Temperatur, Form anderer Röhrenteile usw. Die Anordnung der festen Stützen und die Form der kalten Drähte zwischen diesen Stützen muß unter Berücksichtigung dieser Umstände festgelegt werden. Da die Form, die der einzelne Draht in erhitztem Zustand annimmt, nicht wie bei früheren Konstruktionen mit einer einzigen Zugfeder, von dem Zustand anderer Drähte der Gruppe abhängig ist, ist es offensichtlich, daß die neue Anordnung ohne Rücksicht auf die Zahl der gleichzeitig erhitzten Drähte betriebssicher ist.

Durch die selbsttätige Einstellung der Drähte, ohne Federn verwenden zu müssen, ist die erfindungsgemäße Glühkathode auch stabiler und dauerhafter als frühere Konstruktionen. In gleicher Weise ermöglicht die Anwendung fester Stützen, an denen die Fäden angebracht sind, eine einfachere und billigere Herstellung der neuen Anordnung, da die Zahl der Teile entsprechend verringert ist.

Zur näheren Erläuterung des Erfindungsgegenstandes soll die Zeichnung dienen; als Ausführungsbeispiel zeigt

Fig. ι einen Längsschnitt einer dreiteiligen Röhre mit der erfindungsgemäßen Glühkathode,

Fig. 2 eine Seitenansicht in vergrößertem Maßstab von der Haltevorrichtung für die Glühdrähte,

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 2,

Fig. 4 und 5 Querschnitte entlang den Linien 4-4 bzw. 5-5 in Fig. 1,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht der Glühkathode in kaltem Zustand der Drähte,

Fig. 7 eine Ansicht ähnlich Fig. 6, jedoch mit ausgedehnten Drähten in erhitztem Zustand,

Fig. 8 einen teilweisen Längsschnitt einer Gleichrichterröhre mit der Glühkathode nach der Erfindung, mit Drähten in erhitztem Zustand,

Fig. 9 eine Draufsicht auf die äußeren Enden der Glühdrähte der in Fig. 8 gezeigten Gleichrichterröhre.

Fig. ι zeigt die erfindungsgemäße Glühkathode, eingebaut in eine Radiosenderöhre, die aus einer Glasrohre 10 besteht, an deren einem Ende bei 11 ein Metallrohrstück 12 vakuumdicht eingesetzt ist, welches an einem Ende geschlossen ist und die Anode der Röhre bildet. Die Anode ist mit einer inneren röhrenförmigen Verlängerung 13 versehen, die über die Verbindungsstelle 11 zwischen Glas-und Metallröhre rückwärts in die Glashülle hineinragt, um die Verbindungsstelle gegen auftreffende Elektronen zu schützen. Ein Ring 12" umschließt die Anode und dient als Teil der Röhrenbefestigung. An dem der Anode entgegengesetzten Ende hat die Glashülle ein mit 14 bezeichnetes eingestülptes Endteil mit einem Hals 15, in dessen nach innen vorragenden Rand eine zylindrische Metallhülse 16 dicht eingesetzt ist, welche mit einer ähnlichen Hülse 17 durch Flansche 18 verbunden ist. Eine Anzahl Haltestäbe 19 sind mit der Hülse 17 verbunden und ragen darüber hinaus in die Röhre. Die Stäbe 19 gehen durch eine konische Metallhülse 20 und sind an deren Innenwand befestigt; ihre vorderen Enden 21 liegen vor dem vorderen Ende der konischen Hülse 20. Die das Gitter bildenden Drähte 22 umschließen die herausragenden Enden 21 der Stäbe 19. Seitlich auf der Glashülle 10 sitzt ein Stutzen 24, durch den eine Stromzuleitung 23 zu den Flanschen 18 führt, die zur Aufrechterhaltung der Gitterspannung dient.

Mehrere Haltestäbe 25 aus Metall führen abgedichtet durch das eingestülpte Ende der Röhre und durch die Hülse 20 in das Innere des Gitters 22. Die Stäbe werden durch zwei Scheiben 26 und 27 aus Isoliermaterial im richtigen Abstand gehalten, die mit Bohrungen versehen sind, durch welche die Stäbe

hindurchgehen, wobei sich die Scheibe 2" am Ende der konischen Hülse 20 befindet. In der dargestellten Konstruktion sind sechs Haltestäbe 25 in gleichen Winkelabständen um einen Haltestab 28 angeordnet, die auf der Mantelfläche eines gedachten Zylinders mit dem Haltestab als Mittelachse liegen; der Stab 28 ist in Rohrungen der Scheiben 26 und 27 befestigt. An seinem äußeren Ende trägt Stab 28 ein Paar Bügel 29, die am Boden einer schalenförmigen Kappe 30 aus Metall befestigt sind. Im Rand der Kappe sind paarweise Schlitze vorgesehen, so daß dazwischen schmale Zungen 31 stehenbleiben, die in gleichmäßigen Winkelabständen um den Rand der Kappe verteilt sind. Diese Schlitze verlaufen im Kappenrand mit einer geringen Steigung gegen die Stabachse, wie in Fig. 2 angedeutet ist. Jeder der Haltestäbe 25 ist durch eine Muffe 32 außerhalb der Glashülle mit einem Stromleiter 33 verbunden. An seinem inneren Ende ist jeder Stab bei 34 abgeflacht und mit dem einen Ende eines Glühdrahtes 35 mittels eines darumgewickelten Drahtes 36 aus Molybdän oder einem anderen geeigneten Metall durch Schweißung fest verbunden. In seinem äußeren Ende ist jeder der Glühdrähte 35 mit einer der Zungen 31 durch einen um das Glühfadenende und die Zunge gewickelten Draht 37 verschweißt (vgl. Fig. 3). Die Kappe 30 ist so angebracht, daß jede Zunge 31 mit einem Stab 25 in genauer Flucht steht und gegenüber dem anderen Ende des betreffenden Stabes vorzugsweise um i8o° versetzt ist. Jeder Glühdraht verläuft somit in Form einer Schraubenlinie. Die Länge jedes Glühdrahtes ist aber so bemessen, daß das Mittelteil 35" des Drahtes in kaltem Zustand einen wesentlich geringeren senkrechten Abstand von dem Haltestab 28 hat als die Drahtenden. In kaltem Zustand bilden die Drähte daher einen Käfig, welcher, um die Achse des Stabes gedreht, die Form einer Sanduhr annehmen würde. Wenn die Glühdrähte erhitzt und dadurch ausgedehnt sind, wie in Fig. 7 gezeigt, be- ; wegt sich ihr mittlerer Teil 35⁰ so nach außen, daß sie auf einem durch die Stäbe 25 und die Zungen 31 gedachten Zylinder liegen. Bei der in Fig. 1 gezeigten Radiosenderöhre muß das Gitter verhältnis- '■ mäßig nahe an den Glühdrähten liegen; es ist daher !

wichtig, daß die Drähte in erhitztem Zustande das Gitter nicht berühren. In einer solchen Röhre sollen ferner alle Teile der Glühdrähte gleiche Abstände von der umhüllenden Anode haben. Bei der Anordnung gemäß der Erfindung wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß die Drähte in kaltem Zustand so bemessen und geformt werden, daß sie bei Betriebstemperatur auf ihrer ganzen Länge die richtige Lage zur Anode haben. :

In der in Fig. 1 als Ausführungsbeispiel gezeigten Röhre dient die Kappe 30 zur gemeinsamen Verbindung aller Glühdrähte, und die sechs Stäbe 25 \ bilden die Stromleiter, durch die verschiedene | Schaltungsmöglichkeiteii für die Glühdrähte gegeben sind. Wenn daher Einphasenstrom benutzt wird, können drei Glühfaden auf jeder Seite der Stromquelle parallel geschaltet werden; wird Dreiphasenstrom benutzt, so können zwei Glühfäden in Sternschaltung mit jeder Anschlußklemme verbunden werden. Wird Sechsphasenstrom benutzt, so wird jeder Glühdraht mit einem Stromleiter verbunden.

Den Einbau der erfindungsgemäßen Glühkathode in eine Gleichrichterröhre zeigt Fig. 8. Diese Röhre besteht aus einerGlashülle38miteinemeingestülpten Endteil 39, in dessen Rand eine von einem becherartigen Schirm 41 umschlossene Kapsel 40 vakuumdicht eingesetzt ist. Die Haltestäbe 42 sind mit der Kapsel 40 verbunden und stützen mit ihren inneren Enden eine Röhrenanode 43. An ihrem anderen Ende hat die Glashülle 38 ein eingestülptes Teil 44, durch das kreuzweise angeordnete Stableiter 45 abgedichtet hindurchgehen. Die Stäbe 45 ragen in das offene Ende der Anode 43 hinein; zwischen den Stäben 45 sind zwei längere Stäbe 46 angeordnet, die auch abgedichtet durch das Ende der Hülle in die Anode führen. Die Stäbe 46 haben hakenförmige abgebogene Enden 47, die auf einer Ebene senkrecht zur Anodenachse und jeweils über den Enden von zwei Stäben45 liegen. Je ein Glühdraht 48 ist mit dem Ende eines Stabes 45, wie bei 49 gezeigt, durch Drahtumwicklung und Schweißen und an seinem anderen Ende mit dem hakenförmigen Teil 47 eines der Stäbe 46 verbunden. Die Verbindungspunkte der Enden eines jeden Glühdrahtes liegen um i8o° gegeneinander versetzt, so daß die Glühdrähte auf diese Weise schraubenlinienförmig verlaufen. In kaltem Zustand liegen die mittleren Teile der Glühdrähte so, daß bei einer Drehung der Glühkathode um die Mittelachse der Anode 43 ein Rotationskörper in Form einer Sanduhr entstehen würde. Wenn die Glühdrähte erhitzt sind und sich dehnen, biegen sich ihre Mittelteile nach auswärts, so daß sie dann auf einem durch ihre Befestigungspunkte gehenden Zylinder verlaufen. Im erhitzten Zustande sind daher die Glühfäden auf ihrer ganzen Länge gleich weit von der Röhrenanode 43 entfernt. Hätten dagegen die Glühfäden von Anfang an die in Fig. 8 dargestellte Form, so würden ihre Mittelteile infolge der Wärmedehnung der Anode näher kommen als ihre Befestigungspunkte.

Bei beiden beschriebenen Arten der Kathodenanordnung ist jeder Glüdraht an jedem Ende mit einer feststehenden Stütze verbunden; wenn die freibeweglichen Glühdrähte erhitzt sind und sich dehnen, sind sie daher eher einem Druck als einem Zug ausgesetzt, im Gegensatz zu der üblichen Konstruktion, bei der die Glühdrähte durch Zugfedern gespannt gehalten werden. In den abgebildeten und beschriebenen Ausführungsbeispielen der Kathodenanord- · nung sind die Enden der Glühdrähte jeweils um i8o° versetzt, dieser Versetzungswinkel ist aber nicht wesentlich, sondern er ändert sich im umgekehrten Verhältnis zu dem Durchmesser eines durch die Stützpunkte der Glühdrähte laufenden Zylinders und im gleichen Verhältnis zu der Länge eines solchen Zylinders. Daher kann möglicherweise bei einer Konstruktion, bei welcher der Durchmesser des Zylinders verhältnismäßig klein und die Länge verhältnismäßig groß ist, die Kürzung der einzelnen Glühdrähte durch die beschriebene Art der Form- 1*5 gebung in kaltem Zustande nicht ausreichen, um ihre

Ausdehnung bei Betriebstemperatur auszugleichen. Bei einer solchen Konstruktion kann es erforderlich werden, das Ende eines jeden Glühdrahtes um einen größeren Winkel als i8o° zu versetzen, im äußersten Falle um 360⁰ oder noch mehr. Wenn möglich, ist es aber vorzuziehen, einen Versetzungswinkel von weniger als 36ο^σ zu wählen, wobei die kalten Glühdrähte so liegen müssen, daß die durch Rotation der erhitzten und gedehnten Glühkathode entstehende Rotationsfläche andere Teile der Röhre nicht berühren kann.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Glühkathode für elektrische Entladungsgeräte, insbesondere für Vakuumröhren, wie Radiosenderöhren, Gleichrichterröhren u. dgl., aus Glühdrähten bestehend, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte zwischen zwei Gruppen von parallel zur Röhrenachse verlaufenden Stützen oder Haltestäben ausgespannt sind, wobei die Befestigungspunkte der Drahtenden auf zwei senkrecht zur Röhrenachse und in einem Abstand, der wesentlich kleiner als die Länge jedes Drahtes ist, voneinander stehenden Ebenen kreisförmig in gleichen Winkelabständen derart angeordnet sind, daß die beiden Befestigungspunkte für die Enden jedes Glühdrahtes um einen Winkel von vorzugsweise 180 bis zu 360⁰ gegeneinander versetzt sind und die Glühdrähte schraubenlinienförmig zwischen ihren Endpunkten verlaufen.

2. Glühkathode nach Anspruch 1, insbesondere für Radiosenderöhren mit Gitter und röhrenförmiger Anode, dadurch gekennzeichnet, daß die außerhalb des Gitters liegenden Enden der Drähte (35) der Glühkathode an den abgeflachten Enden (34) der kreisförmig angeordneten, zugleich als Stromleiter dienenden Haltestäbe (25) durch Drahtumwicklung befestigt und angeschweißt sind, daß ferner diese Haltestäbe (25) in das eingestülpte Ende der Röhre eingeschmolzen sind und von zwei zweckentsprechend durchbohrten Scheiben (26, 27) aus Isoliermaterial im richtigen Abstand voneinander gehalten werden, und daß die inneren Enden der durch das Gitter (22) in die röhrenförmige Anode (12) hineinführenden Glühdrähte (35) an einem von beiden Scheiben (26, 2j) getragenen und als zweiter Stromleiter dienenden Haltestab (28) mittels einer auf dem Haltestab sitzenden Metallkappe (30) derart befestigt sind, daß die Drahtenden mit zungenartig ausgeschnittenen Streifen (31) des Kappenrandes nach Umwicklung mit einem Draht verschweißt werden, wobei die Zungen (31) mit den daran befestigten Glühdrähten auf Schraubenlinien liegen, deren Steigung sich aus dem Versetzungswinkel der beiderseitigen Drahtenden ergibt, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Länge jedes Glühdrahtes in kaltem Zustande so bemessen ist, daß derselbe nach der bei Betriebstemperatur eingetretenen Wärmedehnung auf seiner ganzen Länge schraubenlinienförmig auf der Mantelfläche eines Kreiszylinders liegt, die sich zwischen den beiderseitigen Befestigungspunkten der Drahtenden erstreckt.

3. Glühkathode nach Anspruch 1, insbesondere für Gleichrichterröhren mit röhrenförmiger Anode, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühdrähte zwischen zwei Gruppen von Haltestäben innerhalb der Anode ausgespannt sind, wobei je vier sternförmig angeordnete kürzere Stäbe (45) in das vorder Ende der Anode und je zwei innerhalb des Sternes liegende längere Stäbe (46), deren hakenförmig abgebogene Enden (47) in einer zur Röhrenachse senkrechten Ebene liegen, bis in das hintere Ende der Anode hineinragen, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtenden einerseits mit je einem kurzen Haltestab (45) und andererseits mit je einem hakenförmig abgebogenen Ende (47) der langen Stäbe (46) durch Drahtumwicklung verbunden und verschweißt werden, wobei die beiderseitigen Befestigungspunkte der Drahtenden gleichen Abstand von der Röhrenachse haben, und um einen Winkel von i8o° gegeneinander versetzt sind, so daß die Glühdrähte schraubenlinienförmig und bei Betriebstemperatur auf ihrer ganzen Länge in gleichbleibendem Abstand von der Innenwand der Anodenröhre verlaufen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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