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Elektrische Kathodenglimmlichtröhre zur Konstanthaltung von Spannungen
Die Erfindung bezieht sich .auf elektrische, zur Kons.tanthaltung von Spannungen
dienende Kathodenglimmlichtröhren, bei denen in Gasen oder Gasdampfgemischen zwischen
Blechelektroden eines durch denn Vorschaltwid'erstand strombegrenzte Glimmentladung
mit weitgehend konstanter Brennspannung aufrechterhalten wird.
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Die bisher bekanntgewordenen und in der Praxis eingeführten, mit Blechkathoden
aus Eisen, Nickel oder Nickeleisen versehenen Kathodengl.imml:ichtröhren d'teseir
Art arbeiten im Gebiet des normalen Kathodenfalles mit verhältnismäßig niedrigen
Stromdichten in .der Größenordnung von etwa i mA je Quadratmeter Kathodenoberfläche,
weil sich immer wieder gezeigt hat, daß nach vollkommener Bedeckung der ganzen Kathodenoberfläche
mit der Glimmschicht eine weitere Erhöhung der Stromdichte mit Eintritt des anomalen
Kathodenfalles bald ein starkes Ansteigen der Brennspannung zur Folge hat und die
Entladung leicht in einem: punktförmig auf der Kathode ansetzenden Lichtbogen, umschlägt.
Diesel Gefahren sind um so größer, je höher bei einer gegebenen Stromstärke die
Betriebstemperatur der Blechkathode liegt. Aus diesem Grund ist die neuere Forschung
auf die Entwicklung von Bauformen
gerichtet, die eine möglichst
gute Wärmeableitung von der B@lechkatho,de gewährleisten. Es ist beispieilsweise
durch die Einführung von gleichzeitig als Kathodei dienenden Motallkollben mit guter
Wärmeableitung nach außen und durch Anwendung rohrförmiger, eine Seho,rnsteinwirkung
herb:eifühxemdeir Entladungsgefäße gelungen, die Stromdichte, die bei den normalen
handelsüblichen Typen auf den Bereich von etwa o,5 bis 3 mA begrenzt ist, auf Werte
von 4 bis 7 mA zu erhöhen. _ Die Erfindung schlägt einen vom bisherigen vollkommen
abweichenden Weg ein. Sie geht von der Erkenntnis aus, daß sieh unter bestimmten
Voraussetzungen auch eine Kathod'englimmlichtröfire mit über einen, weiten. Stromstärkenb:ereich
konstanter Brennspannung verwirklichen läßt, bei der die Stromdichte de bis jetzt
angewendeten Werte um ein bis zwei Ze#hnerpotenzen überschreitet. Während man bisher
ängstlich darauf bedacht war, die Kathodenbleehtemperatur in Betrieb möglichst gering
zu halten: und einiges roo°` C nicht übersteigern, zu lassen" kommt es bei der neuen
Kathodenglimmlichtröhre umgekehrt gerade darauf an, hohe Kathod embdechtemperaturen
von, mehr als 6oo° C herbeizuführen. Bei Versuchen mit in einer Neonfüllung untergebrachten
Kathoden aus sehr dünnem, extrem gereinigten Molybdänblech hat sich die überraschende
Erscheinung gezeigt, daß in dem Stromstärkenbereich, der dicht unterhalb der zu
einer Lichtb_ ogenbnldung führenden, Stromstärke liegt, d ;e Stromspannungskennlini.e
vweitgehend waagerecht. verläuft, wobei die Glimmentladung mit großem Stromdichten
von beispielsweise ioo bis 400 mA/cm2 auf einem mehr oder weniger großen zu heller
Rotglut sich aufheizenden Teil der Kathodenoberfäehediffus ansetzt.
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Diese neue Kathodenglimmlichtröhre brennt mit einer Glimmentladung,
die von einem Lichtbogen mit ausgeprägter Glühemission der Elektm@den scharf unterschieden
werden ruß, weil bei ihr eine wesentliche Kompensation der positiven: Raumladung
nicht stattfindet, denn die praktisch fast allein durch den; Katho,d@enfall gegebene
Rirenn.-spannung der neuen Röhre beträgt beispielsweise 12,5 Volt, während bei einem
Lichtbogen die Spannung bis auf 2o bis 30 Volt: zusammenbricht.
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Es hat sich ferner gezeigt, daß eine solche Kathode nglimmlichtröhre,
die mit starken Strömen von beispielsweise mehreren Amp. belastbar ist und dennoch
.dank der hohen Stromdichte nur kledne Abmessungen; aufweist, auch mit -extrem gut
gereinigten Blechkathoden aus anderen hochschmelzenden Metallen, z. B. aus Wolfram
und ferner auch in Verbindung :mit anderen bei Kathod:englimml.ichtröhren üblichen
Gas- bzw. Gasdampffüllungen verwirklicht werden kann. Zur Begünstigung der Bildung
von Entladungsträgern werden dabei zweckmäßig etwas höheraFüllungs.drückci als bisher
üblich verwendet.
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Auf Grund dieser Erkenntnis wird bei einer Kathodemglimmlichtröhre
zur Konstanthaltüng von Spannungen nach der Erfindung eine extrem- gereinigte Blechkathode
aus hochschmelzenden Metallen, insbesondere aus Molybdän, verwendet, derer. Wandstärke
und: Oberfläche so- klein bemessen sind, daß sich im Bebriebsstrom.stärkenbereich
die Gl'unmentladung mit Stromdichten von mehr als 3-o,irnA/cm2 auf einem eine Temperatur
von mehr als 6o0'° erreichenden Teil der Kathodenoberfläche ausbildet.
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Die Wandstärke des Kathodenbleches- soll deshalb sehr klein gehalten
werden, damit die Wärmeableitung gering ist und schon verhältnismäßig geringe Entladungsstromstärken
imstande sind, eine Kathodenblechtemperatur von. mehr als 6oo, vorzugsweise etwa
8oo bis rooo° C herbeizuführen. Es, empfiehlt sich auch nach durch andere, insbesondere
konstruktive Maßnahmen der Wärmeableitung vom Kathodenblech entgegenzuwirken, z.
B. durch Vorsehung von langen und daher wenig wärmeableitenden Stromzuführungs.drähten.
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Die meist als Formierung bezeichnete Ausheizung und dadurch Reinigung
des Kathodenbleches erfolgt .im vorliegenden, F11 besonders gründlich, vonzugs@wei@se
dadurch, da.ß man zwischen, den Elektroden eine -stromstarke Glimmentladung erzeugt
und- diese mehrmals für eine kurze Zeit von. jeweils etwa 2o Sekunden in einen Lichtbogen
mit verhältnismäßig geringer Stromstärke umschlagen läßt. Diese Formierung hat physikalisch
gesehen eine durch die geringe Wandstärke des Kathodenbleches erleichterte extrem
-gute Beseitigung von Fremdgasspuren und sonstigen Verunreinigungen und vielleicht
.auch eine :gewisse Veränderung des Metallgefüges zur Folge, die bewirkt, .daß beim
späteren Betrieb dann das Entstehen eines Lchtbogenbrennpunkteis erschwert und eine
Ausbreitung der, stromdichten Glimmentladung auf eine Fläche mit geNVisser Ausdehnung
begünstigt wird. Die Formierung kann bei angeschlossener Pumpe stattfinden, wird
aber zweckmäßig nach Fertigstellung und Abschmelzen der Röhre vorgenommen. In letzterem
Fall empfiehlt es sich, in die Entladungsröhre einen Getterkörper, insbesondere
aus Tontal, einzubauen, der so angeordnet wird, daß er zum mindesten durch die Farmierungsentladung
auf eine genügend hohe Temperatur von beispielsweise 400 --bis 6oo° C aufgeheizt
wird und demzufolge die störenden Gasreste absoirbiert.
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In der Zeichnung sind als Ausführungsbeispiele zwei nach .der Erfindung
ausgebildete Kathodengliimmlichtröhren dargestellt.
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Fig. r und 2 zeigen eine Röhre mit Quetschfußeinschmelzung und FRg.
3 und 4 eine im -übrigen gleiche Röhre mit Scheibeneinschmelzung in Seitenansicht
und- im Oberlansicht teilweise geschnitten.
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Der vo@mugtsweise aus Hartglas bestehende Kolben z enthält bei beiden
Ausführungsformen eine Neonfüllung von hoher Reinheit, deren. Druck 4o bis 6oi To.rr,
vorzugsweise 45 Torr; beträgt. Die beiden sehr gründlich formiertem Elektroden 2,
3 bestehen: aus Mo@lybäänblechzylindern-von o,o5 mm Wandstärke, der Kathodenzylinder
- weist einen Durchmesiser von 25 mm bei einer Höhe von 40 mm auf und umgibt den
Anodenzylinder 3, - dessen
Durchmnesser zo mm bei einer Höhet von
2o mm beträgt. DieStro:mzuführungen4, 5 und diegeigebenenfall,s noch vorgesehenen
Stützdrähte 6 sind durch Keramikröhrchen 7 oder durch eifnen -Glasüb:erzug 8 gegenüber
der Entladung abgeschirmt und verhältnismäßig lang, etwa 40 mm lang, ausgebildet,
um die Wärmeabdeitung klein zu halten.
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Die dargestellten Entladungsröhren arbeiten in einem Stro:mbelastungsbereich
von etwa 250
bis i5oo mA, wobei ihre Brennspannung praktisch unverändert etwa
ras Volt beträgt. Die beim Betrieb der Röhre auftretende hoch anomale Glimmentladung
setzt mit hohen: Stromdichten von etwa 6o bis aoo-miA auf einem sich zu heller Rotglut
aufheizenden Teil der Kathodenoberfläche an.
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Die neue I#,athoidengli,mmlichtröhre bedeutet für die Praxis einen
sprunghaften Fortschritt, weil sie bei kleinen Abmessungen bisher nicht erreichte
Strombelastungen bis zu z Ampere und mehr bei sehr guter Konstanz der Brennspannung
zuläßt.