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Indirekt geheizte Glühkathode für dampf- und gasgefüllte Entladungsgefäße
Die Erfindung bezieht sich auf eine indirekt geheizte Glühkathode bei dampf- oder
gasgefüllten Entladungsgefäßen.
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Es sind bereits Entladungsgefäße bekanntgeworden, bei denen die Glühkathode
bandförmig und direkt geheizt wird. Solche Kathoden weisen wegen des Spannungsabfalles
zwischen den Enden infolge des Heizstromes keine gleichförmige Elektronenemission
auf. Es tritt ein erhöhter Strom am negativen Ende der Kathode auf. Weiter machen
sich Ungleichmäßigkeiten im Widerstand der Kathode bemerkbar. Daraus ergeben sich
Ungleichförmigkeiten der Temperatur und damit auch der Elektronenemission, so daß
unter Umständen die Lebensdauer verkürzt wird. Schließlich bestehen auch Schwierigkeiten
bei der baulichen Durchbildung derartiger Kathoden, um sie gegenüber Deformationen
widerstandsfähig zu machen. Auch Hohlkathoden weisen vielfach Ungleichförmigkeiten
bezüglich der Elektronenemission auf. Der Anodenstrom neigt dazu, in erster Linie
an den am leichtesten zugänglichen Teilen der Kathoden auszusetzen, d. h, in der
Nähe der Öffnung bzw. Öffnungen.
Die Erfindung bezweckt, eine Kathode
zu schaffen, die frei von derartigen Nachteilen ist. Erfindungsgemäß ist die Kathode
bandförmig und wird durch ein besonderes, im Innern des Bandes angebrachtes Heizelement
geheizt. Vorzugsweise besteht die Kathode aus einem schneckenförmigen Band, dessen
Windungen einen von Null verschiedenen Abstand aufweisen. Vorteilhaft ist das Band
aus einem Geflecht oder .anderen mit Vertiefungen versehenen Stoffen hergestellt.
Die Kathode ist mit einem .Erdalkalioxyd oder einem anderen Stoff zur `Steigerung
der !Elektronenemission bedeckt.
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Bei Kathoden gemäß der Erfindung beteiligt sich die gesamte Oberfläche
an der Emission und ermöglicht dadurch eine Verringerung der Größe der Kathode,
bezogen auf bekannte Kathoden gleicher Stromstärke. Ihr Aufbau ermöglicht auch eine
Verringerung der Zeit, die erforderlich ist, um die Kathode vom kalten Zustand an
arbeitsbereit zu machen, und eine Vergrößerung der Zeit, die nötig ist, um sie wieder
bis zum kalten Zustand abzukühlen. Diese Eigenschaft ist von Vorteil, wenn ein Entladungsgefäß
mit einer solchen Kathode Leistungsunterbrechungen kurzer Dauer ausgesetzt ist.
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In den Zeichnungen Fig. i bis 8 ist in Fig. i ein als Gleichrichter
arbeitendes Entladungsgefäß i dargestellt. Es weist den üblichen Sockel .2 mit den
Kontaktstiften 3 auf. Der Kolben ist mit einem ionisierbaren Medium, gewöhnlich
bei verringertem Druck, angefüllt. Als Gasinhalt kann dienen Argon, Neon, X enon,
Helium, Stickstoff usw, oder ein v erdampfbares Medium, z: B. Quecksilber oder Zäsium,
welches bei gewöhnlichen Temperaturen kondensiert, oder eine Mischung von Gasen
und Dämpfen. Eine kleine Menge Quecksilber ist an der Stelle 5 als Quelle für den
Quecksilberdampf angedeutet. Gasdrücke von. etwa einem bis mehreren hundert Mikron
Hg reichen aus, um eine genügende Ionisation für eine Lichtbogenentladung zu ermöglichen.
Beispielsweise kann ein Kolben, der eine kleine Menge Quecksilber enthält, bei einer
Temperatur von 4o° C Quecksilberdampf mit einem Druck von 5 bis 6 Milz-ron. Hg liefern.
Die Anode 7 ist an einer Zuführung 8 befestigt und weist einen äußeren Anschluß
g auf; sie kann aus Metall, Graphit oder einem anderen geeigneten =Material bestehen.
Die aus der Kathode und den zugehörigen Hilfsteilen bestehende Gesamtanordnung io
ist auf dem Quetschfuß ii befestigt. Dieser trägt auch die übliche Getterpille 12
und das Pumpröhrchen.
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Wie in Fig. 2 und 3 dargestellt ist, umfäßt die Gesamtanordnung io
eine aus einem schneckenförmigen Band bestehende Kathode 1q., ein Heizelement 15
und ein die Kathode umgebender Schirm 16. Wie aus Fig. 2 erkennbar ist, besteht
die Kathode i4: aus gewelltem Drahtgeflecht. Die Wellung ermöglicht eine Vergrößerung
der Oberflache für die Elektronenemission, aber ungewellte Bänder können ebenfalls,
wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, benutzt werden. Die Kathode 14, die aus Nickel;
Molybdän, Wolfram oder einem anderen passenden Metall besteht, ist mit elektronenemittierendem
Stoff bedeckt, z. B. einer üblichen Mischung von Barium- und Strontiumoxy.d.
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Die Kathode 14 wird von einem Gerüst getragen, das aus zwei Metallstäben
18 und ig, z. B. aus Nickel, besteht die von dem Schirm 16 durch die Nichtleiter
2o und 21 isoliert sind. Eine ringförmige Platte 22 dient als Befestigung des unteren
Endes der Kathode, wobei die Spannung durch die äußeren Zuführungen 23 und 24 zugeleitet
wird. Ein Nichtleiter 13 ist zwischen die Platte 22 und den Schirm 16 geschaltet,
um dadurch die Kathode zu isolieren. Es empfiehlt sich, die Kathode mit den Stäben
i8 und ig zu verschweißen, damit diese Stäbe als Sammelschienen für die einzelnen
Teile der Kathode dienen.
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Das Heizelement 15 besteht aus einem widerstandsfähigen Metall, z.
B. Wolfram, und ist am oberen Ende mittels eines metallischen Querstabes 25 mit
den Halterungen 18 und ig verbunden. Dadurch wird erreicht, daß die verschiedenen
Stäbe und die schneckenförmige Kathode eine bauliche Einheit bilden. Der elektrische
Anschluß für das andere Ende des Heizelements erfolgt durch eine Zuführung 26, die
an einen der Kontaktstifte 3 angeschlossen ist.
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Der Wärmeschutzschirm 16 besteht aus nebeneinanderliegenden Metallschichten.
Ein Deckel 28,
der ebenfalls mehrere nebeneinanderliegende Metallwände aufweist,
ist mit den zylindrischen Teilen des Schirmes durch eine verstärkende Auflage 29
verbunden. Eine Öffnung 30 ist in der Abdeckung vorgesehen, um den Durchtritt des
Anodenstromes zur Kathode zu ermöglichen. Gegebenenfalls können auch andere Wärmeschutzschirme
bekannter Bauweise verwendet werden:. -Der Aufbau der Kathode in Fig. 3 und 4 ist
in vieler Hinsicht ähnlich der in Fig. 2 dargestellten Kathode. Die schneckenförmige
Kathode 14 ist bei diesem Ausführungsbeispiel nicht gewellt. Sie wird von den beiden
Stäben 18 und ig getragen und ruht an ihrem unteren Ende unmittelbar auf den Isolatoren
32 und 33. Ein weiterer Isolator 34 ist für die Klemme 26 des Heizelements vorgesehen:.
Wie bei Fig. 2 ist auch dieses Mal wieder die Kathode 14 mit einem Stoff zur Erhöhung
der Elektronenemission versehen. Die Öffnung 35 in Fig. 4 ist ringförmig. Bei den
in Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispielen ist das Band flach oder kreuzweise
mit Rücksicht auf die Wärmestrahlung, .die von dem verlängerten Heizelement ausgeht,
angeordnet; dadurch wird die unmittelbare Erwärmung der Kathode erhöht, Wärme gelangt
auch durch Strahlung von dem Innern des Wärmeschutzschirmes wieder zurück.
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Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind mehrere Öffnungen
an den Stellen 37, 38; 39 und .4o in dien Seitenwänden des Schirmes vorgesehen;
die Abdeckung 28' ist nicht durchbrochen. Bei diesem Ausführungsbeispiel
umgibt ein zweiter Schirm 42 die Kathode und begrenzt die Bogenentladung. Dieser
Schirm wird durch Stützen 43 und 44, die in .einen am Quetschfuß i i
angebrachten
Befestigungsring 45 münden, gehalten. Der Schirm 42 kann ,als Gitter dienen. In
diesem Fall ist er vorzugsweise mit einem inneren Ring 46 mit einer Öffnung 47 versehen.
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;Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht die Anode 48 aus einer flachen
Schale, die z. B. aus Graphit bestehen kann. Diese Schale grenzt an das obere Ende
des äußeren Schirmes 42 und schließt diesen nahezu ab. Eine Platte 49 schließt nahezu
das untere Ende des Schirmes 42 @ab. Der Kolben des Entladungsgefäßes ist in diesem
Fall nicht dargestellt.
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Zwei Schaltungen für ein Entladungsgefäß gemäß der Erfindung sind
in Fig. 7 und 8 dargestellt. Bei Fig.7 ist das Heizelement mittels der Zuführungen
5o und 51 an eine Energiequelle, z. B. die Sekundärwicklung eines Transformators
52, angeschlossen. Die Kathodenstützen 18 und i9 und der Querstäbe 25 sind in diesen
Stromkreis eingeschlossen. Die Kathode 14 und die Anode 7 sind an einen Belastungskreis,
dargestellt durch einen Widerstand 55, mittels der Zuführungen 53 und 54 angeschlossen.
An den Klemmen 58 wird die Speisespannung zugeführt. In Fig. 7 ist ein Hochohmwiderstand
56 (etwa ioooo Ohm oder mehr) in einen Stromkreis 57 zwischen Kathode 14 und Schirm
16 eingeschaltet, aber dieser Kreis und Widerstand kann auch entbehrt werden, wobei
der Schirm von der Kathode elektrisch isoliert wird.
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Bei der Schaltung nach Fig.8 ist der Transformator 52 für das Heizelement
15 mittels der Zuleitungen 59 und 6o angeschlossen. Deiser Kreis enthält den Wärmeschutzschirm
16, aber nicht die Stützen für die Kathode 14. Wie bei Fig. 7 kann ein Hochohmwiderstand
56 zwischen Schirm und Kathode geschaltet sein. Auch in diesem Fall kann diese Verbindung
in Fortfall kommen.
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Die Schaltung ist ebenfalls in Fig. 3 angedeutet, wo die Sekundärwicklung
des Transformators 52 zwischen der Zuleitung 26 des Heizelements und der Zuleitung
61 des Schutzschirmes liegt. Die Kathode und der Schirm sind über einen (gegebenenfalls
auch fortlaßbaren) Hochohmwiderstand 56 mit der Kathode verbunden. Die Kathodenzuführung
53 und die Anodenzuführung 54 enden an Kontakten 58, an die die Speisestromquelle
angeschlossen wird.