DE907676C

DE907676C - Incandescent cathode for electric vapor or gas-filled discharge vessels

Info

Publication number: DE907676C
Application number: DEA10139D
Authority: DE
Inventors: Laurence J Perrott
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1937-11-18
Filing date: 1938-11-16
Publication date: 1954-03-29
Also published as: FR846160A; GB521850A; US2141933A; US2155237A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Glühkathode, insbesondere für dampf- oder gasgefüllte Entladungsgefäße.The present invention relates to a hot cathode, in particular for a vapor or gas-filled cathode Discharge vessels.

Die Kathode ist in erster Linie in ihrer Emissionsfähigkeit von dem Entladestrom abhängig. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Kathode auch noch von Energieverlusten im Lichtbogen abhängig. Weiterhin wird mit der Kathode gemäß der Erfindung ein im wesentlichen konstanter Spannungsabfall in der Röhre erzielt.The emissivity of the cathode is primarily dependent on the discharge current. According to According to a further development of the invention, the cathode is also dependent on energy losses in the arc. Furthermore, with the cathode according to the invention there is an essentially constant voltage drop scored in the tube.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Kathode gemäß der Erfindung besteht darin, daß die Kathode aus mindestens zwei emittierenden Teilen besteht. Einer dieser Teile wird von einer äußeren Heizquelle in bekannter Weise geheizt, während die Emission der anderen Teile von den Energieverlusten in der Entladung gesteuert wird.A preferred embodiment of the cathode according to the invention is that the cathode consists of at least two emitting parts. One of these parts is powered by an external heating source heated in a known manner, while the emission of the other parts of the energy losses is controlled in the discharge.

Die Erfindung sei an Hand der Figuren näher beschrieben.The invention is described in more detail with reference to the figures.

Fig. ι stellt ein dampf- oder gasgefülltes Ent- so ladungsgefäß dar, währendFig. Ι represents a steam or gas-filled Ent- so charge vessel while

Fig. 2 die Kathode 12 des Entladungsgefäßes 1 vergrößert zeigt;2 shows the cathode 12 of the discharge vessel 1 shows enlarged;

Fig. 3 zeigt die Kathode gemäß Fig. 2 von der Seite, und «53 shows the cathode according to FIG. 2 from the side, and «5

Fig. 4 stellt einen Teilausschnitt dar;Fig. 4 shows a partial section;

Fig. 5 ist eine graphische Darstellung der Wirkungsweise der Kathode;Figure 5 is a graphical representation of the operation of the cathode;

Fig. 6 bis Ii zeigen Abänderungen der Kathodenbauform. Fig. 6 to Ii show modifications of the cathode design.

Es sei zuerst Fig. ι betrachtet. Die Röhre besteht aus einer abgeschmolzenen Hülle io, z. B. aus Glas, einer Anode 11 und einer Kathode 12. Die Röhre ist mit einem Dampf oder Gas oder einem Gemisch beider gefüllt. Die Kathode 12 wird von den Einführungen 14 und 15 getragen, die in bekannter Weise in den Quetschfuß 13 eingeschmolzen sind. Die Heizung der Kathode erfolgt z. B. durch den Transformator 16.It is first considered Fig. Ι. The tube is made from a melted shell io, z. B. made of glass, an anode 11 and a cathode 12. The tube is filled with a vapor or gas or a mixture of both. The cathode 12 is from the lead-ins 14 and 15, which are melted into the pinch foot 13 in a known manner. The cathode is heated e.g. B. by the transformer 16.

Wie die Fig. 2 und 3 deutlicher zeigen, besteht die Kathode 12 aus zwei emissionsfähigen Teilen 20 und 21. Der Teil 20 besteht aus einer Drahtwendel, die quer zur normalen Entladungsrichtung angeordnet ist. Sie kann gemäß Fig. 4 aus einem festen Metalldraht 20' bestehen, der mit einem feineren Draht 20" umwickelt ist und der sodann mit einem emissionsfähigen Material, wie z. B. Thoriumoxyd oder einem Erdalkalimetall, bedeckt ist. Diese Wendel 20 wird normalerweise so weit erhitzt, daß eine genügende Emission von Elektronen stattfindet. Dieser Emissionsstrom kann den gesamten Elektronenstrom bei geringerer Belastung liefern, dagegen bei voller Belastung nur einen bestimmten Bruchteil des Gesamtstromes übernehmen.As FIGS. 2 and 3 show more clearly, the cathode 12 consists of two emissive parts 20 and 21. Part 20 consists of a wire helix that is perpendicular to the normal direction of discharge is arranged. You can according to Fig. 4 from a solid metal wire 20 'consist of a finer wire 20 "is wrapped and then with an emissive material, such. Thorium oxide or an alkaline earth metal. This helix 20 is normally so wide heated so that a sufficient emission of electrons takes place. This emission current can the deliver the entire electron current at lower load, on the other hand only at full load take over a certain fraction of the total current.

Wenn der Entladestrom zunimmt, soll der zunehmende Teil von dem zweiten Kathodenteil 21 3Q übernommen werden; damit dieses selbsttätig erfolgt, ist der Teil 21 derart angeordnet, daß seine Emission durch die Wärme gesteuert wird, die von den Verlusten im Lichtbogen erzeugt wird. Zu diesem Zweck ist die Wendel 21 in genügendem Abstand um die Wendel 20 angeordnet, so daß sie nicht durch die Wärme der Wendel 20 zur Emission gebracht werden kann. Sie ist jedoch derart quer zur Entladung angeordnet, daß sie zum größten Teil vom Entladungsstrom getroffen wird und auf diese Weise in Abhängigkeit vom Entladungsstrom aufgeheizt werden kann.When the discharge current increases, the increasing part should be from the second cathode part 21 3Q to be adopted; so that this happens automatically, the part 21 is arranged so that its emission is controlled by the heat generated by the losses generated in the arc. For this purpose the helix 21 is sufficient Spaced around the coil 20 so that it is not due to the heat of the coil 20 for emission can be brought. However, it is arranged transversely to the discharge that it is the largest Part of the discharge current is taken and in this way depending on the discharge current can be heated.

Die letztere Bedingung läßt sich am wirksamsten dadurch erfüllen, daß die Wendel 21 zwischen die Heizwendel 20 und Anode 11 gebracht wird. Die Wendel 21 muß dann jedoch mit genügenden Durchtrittsöffnungen versehen sein, damit die Entladung durch sie hindurch zur Wendel 20 stattfinden kann. In den Fig. 2 und 3 ist eine mögliche Konstruktionsform angegeben. Hier umgibt die Wendel 21 die Wendel 20 konzentrisch. Die Wendel 21 kann genau so wie die Wendel 20 aus einem umwickelten Draht, z. B. Wolframdraht, bestehen, der sodann mit einer emissionsfähigen Paste bedeckt ist.The latter condition can be met most effectively in that the helix 21 between the Heating coil 20 and anode 11 is brought. the Helix 21 must then, however, have sufficient passage openings be provided so that the discharge can take place through them to the filament 20. In FIGS. 2 and 3, a possible form of construction is indicated. Here the coil 21 surrounds the Helix 20 concentric. The helix 21 can be made from a wrapped wire, just like the helix 20, z. B. tungsten wire, which is then covered with an emissive paste.

Die Wendel 21 ist ebenfalls an den Strom-Zuführungen 14 und 15 befestigt. Sie ist jedoch derart bemessen, daß sie nicht von dem Heizstrom auf Emissionstemperatur gebracht werden kann.The coil 21 is also on the power supply lines 14 and 15 attached. However, it is dimensioned in such a way that it is not affected by the heating current can be brought to emission temperature.

Die Wirkungsweise der Kathode gemäß der Erfindung sei an Hand des Diagramms in Fig. 5 erläutert. Hier stellte den Prozentsatz des Anodenstromes dar, der von der inneren Wendel 20 übernommen wird, und die Kurve B zeigt den Prozentsatz an Anodenstrom, der von der äußeren Wendel 21 aufgenommen wird. Als Abszisse ist der gesamte Anodenstrom dargestellt. Die Werte sind an einer 50-Ampere-Röhre gemessen worden. Die Kurve zeigt, daß bis 5 Ampere Belastungsstrom die innere Wendel den gesamten Anodenstrom führt. , Bei höheren Belastungen beginnt die äußere Wendel 21 sich an der Stromführung zu beteiligen. So ist bei etwa 33 Ampere der Strom etwa gleichmäßig auf beide Wendeln verteilt. Bei 50 Ampere führt die äußere Wendel 60% des Gesamtstromes. Die Erklärung hierfür liegt darin, daß mit wachsender Stromdichte im Lichtbögen die Energieverluste proportional anwachsen. Die hierdurch erzeugte Wärme erhitzt die äußere Wendel, die im Lichtbogenweg liegt, und erhöht damit den Emissionsstrom dieses Kathodenteiles. Auf diese Weise ist also der gesamte Emissionsstrom selbsttätig abhängig von dem Belastungsstrom. The mode of operation of the cathode according to the invention will be explained with reference to the diagram in FIG. Here represents the percentage of the anode current that is taken up by the inner coil 20, and curve B shows the percentage of the anode current that is taken up by the outer coil 21. The entire anode current is shown as the abscissa. The values have been measured on a 50 ampere tube. The curve shows that up to a load current of 5 amperes, the inner coil carries the entire anode current. At higher loads, the outer coil 21 begins to participate in the current flow. At around 33 amperes, the current is roughly evenly distributed across both coils. At 50 amps, the outer filament carries 60% of the total current. The explanation for this is that with increasing current density in the arc, the energy losses increase proportionally. The heat generated in this way heats the outer filament, which is located in the arc path, and thus increases the emission current of this cathode part. In this way, the entire emission current is automatically dependent on the load current.

Ein weiterer Vorteil der verbesserten Kathode besteht darin, daß, nachdem der EnttladungsstiOm einen wesentlichen Betrag erreicht hat, wie z. B. 30 oder 50% der Höchstbelastung, die Kathode bestrebt ist, den Spannungsabfall in der Entladung unabhängig von Belastungsschwankungen konstant zu halten. Dies kommt daher, daß mit wachsender Belastung ein erhöhter Elektronenstrom geliefert wird. Hieraus ergibt sich nämlich, daß zur Erhöhung der Emission kein erhöhter Spannungsabfall mehr notwendig ist, da die erhöhte Belastung durch zusätzliche Erwärmung ausgeglichen wird. Es sind [ schon früher Kathoden bekanntgeworden, bei denen j die Emission bei Erhöhung der Last durch Feldj emission erhöht wird, die ihrerseits eine Erhöhung des Spannungsabfalles bedeutet. Diese Zunahme des Spannungsabfalles ist unerwünscht, da hierdurch die Nutzspannung herabgesetzt wird.Another advantage of the improved cathode is that after the EnttladungsstiOm has reached a substantial amount, such as B. 30 or 50% of the maximum load, the cathode strives to keep the voltage drop in the discharge constant regardless of load fluctuations to keep. This is because, with increasing load, an increased electron current is supplied will. The result is that there is no longer any increased voltage drop to increase the emission is necessary because the increased load is compensated for by additional heating. There are [already known cathodes, where j the emission when the load is increased by field j emission is increased, which in turn means an increase in the voltage drop. This increase in the A voltage drop is undesirable, as this reduces the useful voltage.

Da die Erfindung einen Weg angibt, um die bisher nutzlose Verteilung der Energie im Entladungsraum auszunutzen, erhöht sie die Kathodenwirksamkeit gegenüber den bekannten offenen Kathoden. So konnten z. B. mit einer besonderen Kathode gemäß der Erfindung 500 Milliampere Emissionsstrom pro Watt zugeführter Heizleistung erzielt werden. Erhöhte Kathodenwirksamkeit bedeutet aber, daß für eine Kathode gegebener Kapazität ein geringerer Heizstrom erforderlich ist. Es kann also ein größerer Laststrom durch die Stromzuführungen geleitet werden. Dies ist insofern von Bedeutung, als man dadurch für größere Belastungsströme keine dickeren Einschmelzdrähte zu verwenden braucht.Since the invention indicates a way of the hitherto useless distribution of energy in the discharge space to exploit, it increases the cathode efficiency compared to the known open cathodes. So could z. B. with a special one Cathode according to the invention 500 milliamperes emission current per watt supplied heating power be achieved. However, increased cathode efficiency means that a cathode of the given capacity a lower heating current is required. So there can be a larger load current through the Power supplies are conducted. This is important because it allows for larger load currents does not need to use thicker fuse wires.

In den Fig. 6 und 7 ist eine Kathode dargestellt, bei der eine mittlere Wendel 25 von zwei zusätzlichen konzentrischen Wendeln 26 und 27 umgeben! ist. Die Wendeln sind im einzelnen genau so gebaut, wie in Fig. 1 bis 3 dargestellt und beschrieben ist. Die Wirkung ist ähnlich wie die der Kathode nach Fig. ι bis 3, indem die innere Wendel 25 vom Heizstrom erhitzt wird, während die äußeren Wendeln und 27 von der 'Entladung aufgeheizt werden.6 and 7, a cathode is shown in which a central coil 25 of two additional concentric spirals 26 and 27! is. The coils are built in the same way, as shown and described in Figs. The effect is similar to that of the cathode after Fig. Ι to 3, by the inner coil 25 from the heating current is heated, while the outer coils and 27 are heated by the 'discharge.

In Fig. 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Die innere Wendel 31 ist an die beiden Stromzuführungen 30 und 32 geführt, während dieIn Fig. 8, a further embodiment is shown. The inner helix 31 is attached to the two Power leads 30 and 32 out, while the

äußere Wendel 29 nur an die eine Stromzuführung, z. B. 30, geführt ist.outer coil 29 only to the one power supply, z. B. 30 is performed.

Für das Wesen der Erfindung ist es unerheblich,For the essence of the invention, it is irrelevant

ob die Kathodenteile aus einer Drahtwendel oder einem anderen Gebilde bestehen. In Fig. 9 ist z. B.whether the cathode parts consist of a wire coil or some other structure. In Fig. 9, for. B.

eine Abänderung in der Form dargestellt, daß deran amendment in the form that the

* äußere Teil aus einem Drahtnetz oder Schirm 35 besteht, der die Entladung zu dem inneren Teil hindurchtreten läßt. Dieser Schirm, der in Form eines offenen Zylinders dargestellt ist, ist an der Stromzuführung 36 befestigt und in üblicher Weise mit einem emissionsfähigen Material bedeckt. Im Innern ist die direkt geheizte Kathode 37 in Form einer Drahtwendel angeordnet, die in üblicher Weise geheizt wird. Die Wirkungsweise dieser Kathode ist die gleiche wie die der Kathode gemäß Fig. ι bis 3. Der Schirm 35 braucht nicht die zylindrische Form aufzuweisen. Er kann vielmehr auch die Form eines Gitters oder in gewissen Fällen* outer part consists of a wire mesh or screen 35 that carries the discharge to the inner part lets pass through. This screen, which is shown in the form of an open cylinder, is on the Power supply 36 attached and covered in the usual way with an emissive material. in the Inside, the directly heated cathode 37 is arranged in the form of a wire helix, which is conventional Way is heated. The functioning of this cathode is the same as that of the cathode according to FIG Fig. 1 to 3. The screen 35 need not have the cylindrical shape. Rather, he can also the shape of a grid or in certain cases

ao auch eines festen Körpers aufweisen, der zwischen Kathode 37 und der nicht dargestellten Anode angeordnet ist.ao also have a solid body between the cathode 37 and the anode, not shown is arranged.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 10 und 11 dargestellt. Die innere Wendel 39 ist am linken Ende an dem Leiter 40 und rechts am Leiter 41 befestigt. Andererseits ist die äußere Wendel 42 am linken Ende am Leiter 41 und am rechten Ende am Leiter 40 befestigt. Diese Konstruktion wird durch die Kniestücke 43 und 44 ermöglicht. Diese Anordnung hat den Vorteil, die Entladung auf die gesamte Länge der Kathode gleichmäßig zu verteilen, da der Strom in der Wendel 39 dem Strom durch die Wendel 42 entgegengerichtet ist. Hierdurch werden gleichzeitig magnetische Störungen beseitigt.Another embodiment is shown in FIGS. The inner helix 39 is attached at the left end to the conductor 40 and to the right to the conductor 41. On the other hand is the outer Helix 42 is attached to conductor 41 at the left end and to conductor 40 at the right end. This construction is made possible by the elbows 43 and 44. This arrangement has the advantage that Distribute the discharge evenly over the entire length of the cathode, since the current in the Helix 39 is directed in the opposite direction to the current through helix 42. This will be at the same time eliminates magnetic interference.

Claims

Patent claims:

1. Glow cathode for electrical vapor or gas-filled discharge vessels, characterized in that that the cathode has several emissive parts that are automatically dependent take part in the discharge from the load.

2. glow cathode according to claim 1, characterized in that that it consists of two or more concentrically arranged wire coils.

3. glow cathode according to claim 2, characterized in that the concentric coils are connected in parallel to the heating current leads.

4. glow cathode according to claim 2, characterized in that the outer coils only a power supply are attached.

5. glow cathode according to claim 1, characterized in that that it consists of a wire helix which is separated from the anode by a grid or mesh.

6. glow cathode according to claim 1 to 3, characterized in that the outer coils are attached to the power supply lines in the opposite direction with respect to the inner helix.

1 sheet of drawings