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Verfahren zur Herstellung von Gasentladungsröhren Die Erfindung betrifft
die Herstellung von Gasentladungsröhren, insbesondere Gli.mmentladungsröhren, und
bezieht sich im besonderen auf ein Verfahren zur Begrenzung der wirksamen Fläche
der Kathode und zur Erzielung von Regelmäßigkeit der Arbeitseigenschaften der Röhren.
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Bei den meisten Gasentladungsröhren und besonders bei Glimmentladungsröhren
ist es bedeutsam, daß die Auf rechterhaltungs- oder Betriebshaltespannung der Röhre
so konstant und wiederherstellbar wie möglich ist. Solche Eigenschaften können gewöhnlich
nicht direkt während des Evakuierungsvorganges mittels beispielsweise Hoc:hfrequenzheizung
derAufbauteile der Röhre, insbesondere der Kathode, erreichtwerden. GasgefüllteRöhren
zeigen insbesondere unmittelbar nach der Evakuierung und dem Überziehen mit einem
Material von niedriger Austrittsarbeit eine offenbare Unregelmäßigkeit in ihren
Charakteristiken. Es ist daher erwünscht, die Arbeitseigenschaften der Röhre durch
irgendeine Form der Alterung (Einbrennen) zu stabilisieren. Dies erfolgt im allgemeinen
durch Belastung des Elektrodensystems mit Strom, und zwar sehr oft mit einer erheblich
höheren spezifischen Stromdichte, als dies den gewöhnlichen Arbeitsbedingungen entspricht.
In gewissen Fällen ist es auch erwünscht, das Altern mittels kurzer Impulse durchzuführen,
wodurch die spezifische Stromdichte der Kathode
erheblich vergrößert
werden kann, ohne daß .die Elektrodenverluste ein Überheizen verursachen.
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Es ist bereits bekannt, z. B: Glimmentladungsröhren mit Kathoden aus
reinem Metall, wie Molybdän, mit einer Strombelastung solcher Größe einzubrennen,
daß Kath .odenzerstäubung entsteht. Die Stromdichte ist in einem solchen Fall während
der Alterung bis zu 1o- bis 5omal größer als die Stromdichte während der gewöhnlichen
Arbeit der Röhre. Es hat sich jedoch als schwierig erwiesen, das Altern mit jenen
großen Stromstärken durchzuführen, die trotz der Zeit, während welcher die Glimmentladungsröhre
mit Strom während der kurzen Alterung belastet ist, oder trotz der mittels Stro,mimpulsen
erfolgenden Stromspeisung erforderlich sind. Die resultierende hohe Temperatur hat
nämlich einen schädlichen Einfluß auf die Glashülle der Röhre und bestimmt eine
feste maximal erlaubte Leistungsbelastung für jede Röhre, die den Strom begrenzt
und nicht während der Alterung überschritten werden darf, ohne die Röhre unbrauchbar
zu machen.
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Wie es beschrieben wird, ist es weiterhin sehr wenig erwünscht, mehr
als die eine Seite der Kathode in Glimmentladungsröhren zu benutzen. Es -ist jedoch
bei bereits bekannten Alterungsverfahren unmöglich zu verhindern, d;aß beide Seiten
der Kathode mit Glimmentladung bedeckt werden, aus welchem Grunde die Stromdichte,
die zur Erzielung von Kathodenzerstäuhung :auf jener Seite der Kathode, z. B. der
inneren Seite einer Zylinderkathode, die mit einem Material von niedriger Austrittsarbeit
bedeckt ist, nötig ist, einen zweimal so großen Strom erfordert, wie er während
der Alterung verwendet wird, was veranlaßt; daß die Leistungsbelastung der Röhre
oft zu groß wird.
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Besonders große -Anforderungen werden an die Betriebshaltespannungseigenschaften
der Röhren, z. B. Stabilisierröhren und normaler Spannungsröhren, gestellt, und
die Erfindung bringt große Vorteile, insbesondere bei solchen Röhren. Röhren gemäß
der Erfindung haben eine kalte Kathode, deren wirksame Fläche scharf begrenzt worden
ist, so daß die !, Entladung' auch bei hoher spezifischer Stromdichte, entsprechend
einem anomalen Kathodengefälle; noch hauptsächlich innerhalb der Grenzen der wirksamen
Fläche erfolgt. Dies wird,so erreicht, daß auf das gewöhnliche Kathodenmaterial
ein Schutzüberzug eines Materials aufgelegt wird, der ein höheres Kathodengefälle
als die wirksame Fläche der Kathode hat, wodurch eine Betriebshaltespannung erreicht
werden kann, die beträchtlich über der gewöhnlichen Haltespannung des Kathodenmaterials
liegt. Dieser Überzug kann z. B. ;aus einem anderen Metall als -das aktive Kathodenmaterial
bestehen.
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Die Vorteile dieser Kathode gemäß der Erfindung werden im folgenden
angegeben. Während der Alterung wird die Entladung auf die wirksame- Fläche der
Kathode begrenzt, und der wirksame Alterungsstrom kann hierdurch auf einem Minimum
gehalten werden. (Gewöhnlich erstreckt sich die Entladung über alle Flächen, die
ein Kathodenpotential haben, d. h. auch solche Flächen, wo die Alterung nicht erwünscht
ist.) Hierdurch wird auch erreicht, daß die E ganze wirksame Fläche der Kathode
eine Alterung ' bekommt, die so regelmäßig wie möglich ist, ohne daß eine schädliche
Überhitzung ensteht.
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Oft entstehen Schwierigkeiten, z. B. bei Stabilii sierröhren, bei
denen die Kathode innerhalb des Bereiches des gewöhnlichen Kathodengefälles mit
einer konstanten Stromdichte der Kathode bei veränderlichem Strom arbeitet unrd
zwar weil Unstetigkeiten auftreten, wenn die Entladung sich über unebene Kathodenflächen
erstreckt. Der Strom einer solchen Röhre ist nämlich proportional der Fläche des
Glimmantels, d. h. jenes Teils der Kathodenfläche, die von der Glimmentladung
bedeckt ist. Wenn der Strom bei größerer Belastung der Röhre ansteigt, entstehen
Spannungsstöße oder Spannungswellen in den Röhrencharakteristiken bei einer unebenen
i Kathodenfläche, d. h. bei einer solchen Kathodenfläche, die Teile mit verschieden
großen Kathoden-! gefällen zeigt. Solche Spannungsstöße verursachen gewöhnlich negative
Widerstände in :der Chorakte-, ristik, die im Hinblick auf die Funktion sehr lästig
sind. Unstetigkeiten entstehen besonders; wenn die Entladung sich über scharfe Kanten
erstreckt. Durch Begrenzung der Kathodenfläche gemäß dem Verfahren nach der Erfindung
kann :die Alterung so durchgeführt werden, daß die wirksame Fläche der Kathode so
glatt wie möglich wird und daher jene Unstetigkeiten verschwinden.
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Die Kathode gemäß der Erfindung bringt auch weniger Schwierigkeiten
hinsichtlich des Materials, das von der Kathode zerstäubt wird. Ein solches Material
schlägt sich gewöhnlich auf den Glaswänden und um die Einführungsstifte herum nieder
und verursacht oft Veränderungen der Anlaßspannung und Ableitung. Durch Begrenzung
der wirksamen Fläche der Kathode kann,die Kathodenzerstäubung daran gehindert werden,
sich besonders an ungeeigneten Stellen abzusetzen.
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Die Erfindung wird nunmehr näher an Hand einer Ausführungsform einer
Glimmentladungsröhre mit einer Molybdänkathode beschrieben, die in der Zeichnung
dargestellt ist. Die Röhre q. ist mit einer mittleren Anode 2 versehen, die von
einer zylindrischen Kathode i umgeben ist, welche von Einführungsdrähten 3 gehalten
wird. Der Einführungsdraht der Anode ist mit 5 bezeichnet, und der Sockel der Röhre,
der die Stifte 7 und 8 trägt, ist mit 6 bezeichnet.
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Die Kathode i der gezeigten Röhre, bei welcher das Verfahren gemäß
der Erfindung angewendet werden kann, besteht aus einem zylindrischen Molybdänblech,
welches an der Außenseite mit Zirkonpulver bespritzt ist. Bei dieser Röhre sind
die obenerwähnten Vorteile erreicht, und zwar gleichzeitig damit, daß die wirksame
innere Fläche des Zylinders die günstigste Ausnutzung des Raumes z. B. in einer
kleinsten Hülle herbeiführt.
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Die Erfindung ist besonders bedeutsam bei dieser Art von Kathoden;
bei denen der Alterungsvorgang von einem Punkt mit ziemlich großer Strom!d,ichte
beginnt und sich nur allmählich über die ganze wirksame Fläcli.e der Kathode ausbreitet.
Für die oben beschriebene Röhre bedingt eine Ausführungsform ohne den äußren Zirkon@iiberzug,
daß der Alterungsvorgang
in gewissen Fällen an der äußeren Fläche
der Kathode beginnt und- die Entladung sich allmählich nach der inneren Fläche erstreckt.
Gewöhnlich sollte nur die innere Fläche der Kathode für die Arbeit oder Funktion
der Röhre benutzt werden, da eine Unstetigkeit an der Kante erhalten wind, wenn
die Entladung sich nach der Außenseite und umgekehrt bewegt. Die Alterung der äußeren
Kathodenfläche verursacht nur einen unnötigen Vorgang mit größeren Ansprüchen an
die Belastungs- und Alterungszeit. Der Überzug, der die Betriebshaltespannung vergrößert,
kann in gewissen Fällen mit einer Fläche vereinigt werden, die die Wärmeverteilung
vergrößert, z. B. durch Strahlung, oder infolge .der durch Rauheit vergrößerten
Konvektion.
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Der genannte Schutzüberzug kann aus anderen Metallen als Zirkon hergestellt
sein. Tatsächlich ist es nur nötig, daß das Materialdes Schutzüberzuges ein größeres
Kathodengefälle als Molybdän hat. Als derartige Metalle seien besonders solche Metalle
wie Platin und Eisen genannt, und auch Graphit ist für diesen Zweck geeignet.
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Der Schutzüberzug auf der Kathode kann im Falle von pulverigen Schutzschichten
außer durch Aufspritzen auch durch Aufstreichen aufgebracht werden. Ein stetiger
Schutzüberzug aus Metall kann auch verwendet werden, der z. B. dadurch erreicht
wird, daß die Kathode zu einer Doppelplatte geschichtet wird oder daß sie elektroplattiert
wird.