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Impulszähler, bestehend aus einer Glimmentladungsröhre mit einer Anode
und mehreren Kathoden Zusatz zum Patent 936 067 Das Patent 936 o67 .betrifft Impulszähler
in Form von Gasentladuilgsröhren mit einer gemeinsamen Anode und einer Anzahl Kathoden,
deren Glimmentladung durch Zählimpulse bestimmter Polarität, Größe und Dauer nacheinander
jeweils von einer Kathode zur nächstfolgenden zyklisch weitergeschaltet wird. Bei
diesen Glimmzählern wird im Ruhezustand jeweils eine der stabartigen Kathoden mit
keilförmiger Entladungsstrecke nur an dem Ende mit dem kleinsten Anodenabstand,
am Zündpunkt, von einer kurzen Glimmschicht bedeckt. Zur Fortschalteng wird dann
diese Glimmschicht durch den Zählimpuls auf die ganze Kathode ausgedehnt und dabei
auch die in den weiten Teil ,der Entladungsstrecke hineinragende enge Zündstrecke
der folgenden Kathode mit Ionen angereichert, d.li. die für sie erforderliche Zündspannung
erniedrigt. Diese Nachbarkathode zündet infolgedessen, zumal an ihr zufolge getrennter
Kathodenwiderstände eine höhere Spannung liegt als .an der stromführenden Kathode,
und die neue Glimmentladung bringt durch .erhöhten Spannungsabfall an einem gemeinsam
-en
Vorwiderätand nach dein Steuerimpuls die vorhergehende Entladung zum Erlöschen.
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Voraussetzung für die: Fortschaltung der Glimmentladung im angegebenen
Umlaufsinn ist bei dem genannten Glimmzähler demnach .eine die Glimmentladung verstärkende
Poleng der Zählimpulse.
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Die Erfindung hat nun eine solche Ausführung eines Impulszählers mit
Gas.entladungsröhre zum Gegenstand, bei der die Glimmcritladung auch durch Zählimpulse
umgekehlter Polarität bis zum Erlöschen geschwächt und gleichzeitig im entgegengesetzten
Umlaufsinn zur Nachbarkathode fortgeschaltet wird. Diesem entgegengesetzten Umlaufsinn
kann beispielsweise die Bedeutung einer Subtraktion beigemessen werden, während
der bekannte Umlaufsinn, der beim vorliegenden neuen Glimmzähler ebenfalls möglich
ist, z. B. Additionsbedeutung hat. Durch einfache Umpolung der Zählimpulse ist demnach
bei dem neuen Glimmzähler ein Übergang von Addition auf Subtraktion und umgekehrt
.möglich.
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Nach der Erfindung wird diese Weiterleitung der Glimmentladung im
entgegengesetzten Umlaufsinn bei grundsätzlich gleicher Elektrodenanordnung wie
bei der bekannten Ausführung mittels eines zusätzlichen Querstückes kleineren Du.rchm-essers,
d.1. größerer elektrischer Oberflächen-Feldstärke, an jeder Kathodenspitze (Zündstrecke)
gesichert. Dieses Querstück erstreckt sich über, einen größeren Abschnitt des weiten
Endes der Entladungsstrecke der (im Sinne der bekannten Anordnung vorhergehenden)
Nachbarkathode. Auf diesem Querstück konzentriert sich der letzte Rest der durch
einen Zählimpuls mit Löschpolarität verkleinerten Glimmschicht und ionisiert so
bis zuletzt teilweise die benachbarte Entladungsstrecke.
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Wenn dann nach dem Erlöschen dieses restlichen Glimmlichtes und dem
Ende des kurzen Zählimpulses infolge Fortfalls des Spannungsabfalles in dem gemeinsamen
Vorwiderstand die Spannung an allen anderen Kathoden ansteigt, ist in der genannten
Entladungsstrecke der Nachbarkathode, und zwar in der Umgebung des Querstückes der
eben gelöschten Kathode, noch eine restliche Ionenwolke vorhanden, welche die Zündspannung
der Nachbarkathode herabsetzt, so daß die erhöhte Spannung nur diese Kathode am
weiten Ende ihrer Entladungsstrecke zündet. Die so eingeleitete neue Glimmentladung
der Nachbarkathode wandert auf dieser sofort nach dem Ort des geringsten Widerstandes
der Entladungsstrecke, d. h. nach der Kathodenspitze bzw. denn dortigen Querstück.
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Weitere Zählimpulse gleicher Polarität bewirken ebenso -den Gbergang
der Glimmentladurig in demselben llmlau:fsiniai auf die folgenden Kathoden.
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Nach der Erfindung kann ferner der zur LUbertragung der Glimmentladung
von einer Kathode zur nächsten nohvendige Potentialunterschied durch abwechselnde
Aufteilung der Kathoden auf zwei Stromkreise und deren Steuerung durch auf die Zählimpulse
ansprechende Kippkreise mit Hilfsröhren vergrößert werden. Weiterhin kann :eine
sichere Zündung der folgenden Kathode durch eine geringe Löschverzögerung an der
vorhergehenden Kathode mittels RC-Glieder mit Gleichrichtern gewährleistet werden.
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Weitere Erfindungsgcgelistande sind in der Beschreibung und in den
Ansprüchen enthalten. In den Zeichnungen ist Fig. t der Grundriß (Schnitt t-1) einer
Glimmentladungsröhre gemäß der Erfindung, Fig. 2 ein Au@friß derselben Röhre (Schnitt
2-2 aus Fig. i), Fig.3 das schematische Schaltbild eines vereiiifachten Stromkreises
für die Röhre nach Fig. i und Fig. q. das Schaltbild einer Röhren-Zählschaltung
für dieselbe Röhre.
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Die Glimmentladungsrö hre gemäß der Erfindung ist mit einem geeigneten
Gas, z. B. Neon, Wasserstoff oder Argon, unter verhältnismäßig liiedirigem Druck,
z. B. 2omnl Quecksilber, gefüllt. Nach Fig. i enthält der Röhrenkolben i eine gemeinsame
flache zylinderförmige Anode 2 aus Blech, die an ,einer in der Spitze des Kolbens
i eingeschmolzenen Zu-leitu"g 3- befestigt ist. Die zehn Kathoicle91 q, bis 13 trctcn
durch übliche, kreisförmig angeordnete Einschmelzungen zunächst <11s parallele,
auf .einem igrößten Kreis angeordnete Zulcitungsstifte 'hin.diu!rch bis zu einer
Ebene in der mittleren Hölie dies Anodenzylinders 2. Dort machen die Kathoden einen
Knick und verlaufen dann tangential zu einem zur Anode konzentrischen mittleren
Kreis. In den Berührungspunkten mit letzterem gehen die Kathoden in radiale kurze
Querstücke 1 4. bis 23 über, die annähenid gleiche Abstände von der Anode 2 und
dem Knick der jeweils benachbarten Kathode haben. Diese Querstücke 1:1 bis 23 stellen
also sozusagen Überbrückungsglieder für den weiten Teil der Entladungsstrecken zwischen
dem Knick der Nachbarkathoden und der Anode dar, in den sie .hineinragen. Der Kolben
hat noch einen Viblichen Pumpstutzen 2¢.
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Nach Fig.3 liegen die Kathoden 4 bis 13 der Röhre nach Fig. i und
2 je la'eils über einen Widerstand 25 an einer gemeinsamen Ringleitung 61. Jede
er Widerstand 25 besitzt einen Parallelkondensatar 26. Der Schalter 27 ist vorgesehen,
um die Entladung über die Kathode 4 als Anfangselektrode einzuleiten. Die von der
Stromquelle 28 gelieferte Spannung wird an die Ringleitung 61 und über den gemeinsamen
Belastungswiderstand 32 an die Anode 3 gelegt. Den Eingangsklemmeli 31 zugeführte
Zählimpulse werden über die Kondensatoren 29 und 3o an den Vorwiderstand 32 gelegt.
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Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 3 ist folgende: Durch das
öffnen des gewöhnlich geschlossenen Schalters 27 wird die Entladung über die Kathode
q. an ihrem Querstück 1:1 gezündet. Die Spannung der Stromquelle 28 und die Werte
der Widerstände 25 und 32 sind so gewählt, daß die Glimmschicht auf der Kathode
auf das Querstück und ein anschließendes Kathodenstück von etwa halber Länge des
Querstückes begrenzt wird. Unter diesen Umständen umfaßt die Glimmentladung ein
Gasvolumen, welches dem Knick der im Uhrzeigersänn
angrenzenden
Kathode benachbart ist, d. h., im Fall der Kathode 4 erfüllt das Glimmlicht um ihr
Querstück 14 fast ,die ganze Entladungsstrecke zwischen (lern Knick der Kathode
5 und der Anode 2. Nach dem erneuten Schließen des Schalters 27 ist dann die Spannung
an der Kathode 4 infolge des Spannungsabfalles des allein über diese Kathode fließenden
Glimmstromes am Widerstand 25 niedriger als an den anderen Kathoden. Die höhere
Spannung an den anderen Kathoden reicht jedoch nicht zum Zünden derselben aus.
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Durch das Anlegen eines Zählimpulses der angegebenen Polarität an
die Eingangsklemmen 31 wird nun die Glimmentladung an der Kathode 4 zum Erlöschen
gebracht. Infolge des Verschwindens des Glimmstromes im gemeinsamen Belastungswiderstand
32 findet beim gleichzeitigen Aufhören des Zählimpulses wieder gemeinsamer Spannungsanstieg
aller Kathoden statt, hinter dem jedoch die Spannung an der Kathode 4 zurückbleibt,
da die Kondensatoren 26 bestrebt sind, die gerade bestehenden Spannungen aufrechtzuerhalten.
Welche der Kathoden mit der höheren Spannung zuerst zündet, hängt dann nur von der
größeren Ionenzahl in ihrer Umgebung ab.
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Da die Umgebung des Knickes der Kathode 5 noch kurz vorher durch die
Glimmschicht des Querstückes 14 an der Spitze der Kathode 4 ionisiert wurde, zündet
zuerst die Kathode 5 an der genannten Stelle, wodurch sofort die Spannung aller
Kathoden wieder sinkt und weitere Zündungen unmöglich macht. Die entstehende kurze
Glimmschicht läuft auf der Kathode 5 sofort in der Richtung zunehmender elektrischer
Feldstärke entlang vom Knick bis zum Querstück 15 mit der geringsten Entfernung
von .der Anode und bleibt in dieser neuen Gleichgewichtslage bis zum nächsten gleichartigen
Zählimpuls.
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Dann findet eine gleiche Übertragung der Glimmentladung zur nächsten
Kathode 6 statt und so fort, bis nach dem zehnten Impuls ein neuer Umlauf der Entladung
beginnt.
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Die jeweilige Lage der Glimmentladung, die einem bestimmten Ziffernwert
entspricht, kann auf Grund des Spannungsabfalles an dem betreffenden Kathodenwiderstand
25 festgestellt und durch bekannte Mittel weiter ausgewertet werden. So kann beispielsweise
der am Widerstand 25 der Kathode 4 entstehende Spannungsabfall den Ausgangsklemmen
33 entnommen und zur Steuerung von weiteren gleichen dekadischen blimmzählerstellen
in Kaskadenschaltung, also zur fortgesetzten Frequenzteilung (-zehntelung), benutzt
werden.
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Gemäß der Einleitung dieser Beschreibung kann die Glimmentladung einer
Kathode auch durch Zählimpulse mit einer die Entladung verstärkenden, der in Fig.
3 angegebenen entgegengesetzten Polarität zur Nachbarkathode weitergeleitet werden,
jedoch in entgegengesetzter Umlaufrichtung, wie eben beschrieben, d. h. im entgegengesetzten
Uhrzeigersinn. Die Umkehrung der Umlaufrichtung ist also durch ,einfache Umpolung
der Zählimpulsie möglich. Wenn nun ,der einen Umlaufrichtung die Bedeutung (einer
Addition und der anderen Richtung Subtraktionsbedeutung zugemessen wird, so ist
ein Übergang von einer Zähl- bzw. Rechenart zur anderen in einfacher Weise durch:
Umkehr der Richtung bzw. Polarität der Zählimpulse möglich.
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Da die Glimmentladung vor der Übertragung auf die folgende Kathode
mittels löschenden Zählimpulses nur sehr schwach, also .der Spannungsabfall an dem
betreffenden Kathodenwiderstand verhältnismäßig gering ist, kann mittels dieser
Kathodenwiderstände allein nur ein ziemlich kleiner Spannungsunterschied zwischen.
den nicht leitenden Kathoden und der jeweils leitenden Kathode erzielt werden. Um
einen zurr sicheren Zündung und Entladungsübertragung wünschenswerten größeren Spannungsunterschied
zu gewährleisten, werden nach Fig. 4 ,die zehn Kathoden 4 !bis 13 der Glimmentladungsröhre
abwechselnd zu zwei getrennten Stromkreisen zusammengefaßt und diese von den Zählimpulsen
nicht unmittelbar, sondern über eine zweikreisige Röhrenkippschaltung gesteuert.
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Die Kathodenwiderstände 36 der Kathoden 4, 6, 8, i o und 12 liegen
daher an einer gemeinsamen Ringleitung 6o, die Widerstände 3 5 der Kathoden 5, 7,
9, 11 und 13 dagegen an der gemeinsamen Leitung 59. Beide Leitungen sind je mit
einer Hälfte der symmetrischen Röhrenschaltung verbunden.
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Darin stellen die Trioden 43 und 44 die beiden Systeme einer Doppeltriode
dar und sind Teile eines üblichen Kippkreises mit zwei stabilen Gleichgewichtszuständen,
in denen jeweils eines der beiden Triodensystem.e leibend ist. Jeder Eingangsimpuls
wird gleichzeitig den Gittern der Trioden 43 und 44 über die Eingangsklemmen 41
und die Kondensatoren 42 zugeleitet und bewirkt dadurch in bekannter Weise einen
Wechsel der Leitfähigkeit zwischen den Trioden 43 und 44. Der übrige Teil dieses
Kippkreises umfaßt die Anodenwiderstände 49, die Anodenspannungsquelle 47, die Gitterwiderstände
57 und die RC-Üb,ertragungsglieder 55-53 und 54-56._ Der Spannungsteiler aus den
Widerständen 65 und 66 hält die Kathoden der Trioden 43 und 44 auf einem bestimmten
positiven Potential. Die beiden Triodensysteme 45 und 46, welcheebenfalls Teile
einer Doppeltriode darstellen, sind als Kathodenverstärker geschaltet und koppeln
den Kippkreis mit der Glimmentladungsröhre. Die hochahmigen Widerstände 5o koppeln
die Anode der Triode 43 mit dem Gitter der Triode 45 und entsprechend die Anode
der Triode 44 mit dem Gitter der Triode 46. Die Gitter der Trioden 45 und 46 werden
ferner über die Widerstände 51 geerdet. Infolgedessen bewirkt die Triode 43, wenn
sie leitet durch den Spannungsabfall am Anodenwiderstand 49, daß das Gitter der
Triode 45 weniger positiv wird. Die sich daraus ergebende Verminderung .des Stromes
im Kathodenwiderstand 52 der Triode 45 hat einen Anstieg der Spannung an den Kathoden
4, 6, 8, io und 12 zur Folge, die über die Sammelleitung 6o direkt mit der Kathode
der Triode 45 verbunden sind. Gleichzeitig mit der Spannungszunahme an der Sammelleitung
6o findet
eine Spannungsabnahme an der Sanumelleitung 59 statt,
da die Leitfähigkeit der Triode 43 die Sperrung . der Triode 44 bedingt. Hierdurch
:entsteht wiederum .ein hohes positives Potential am Gitter der Triode 46, wodurch
ein großer Spannungsabfall in ihrem Kathodenwiderstand 52, also eine geringere
Spannung an den Kathoden 5, 7, 9, 11 und 13 verursacht wird.
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Umgekehrt bewirkt die vom nächsten Zählimpuls erzeugte Leitfähigkeit
der Triode 44 einen Sp,annungsanstieg an .den an die Sammelleitung 59 angeschlossenen
Kathoden und die gleichzeitige Sperrung der Triode 43 ein Sinken der Spannung der
an der Sammelleitung 6o liegenden Kathoden.
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Mit den Gittern der Triode. 45 und 46 sind noch zwei gleiche Hilfsstromkreise
aus je einem Kondensator 62, einem Hochohmwiderstand 63 und einem Kristall-
oder Glühkathodengleichrichter 64 verbunden, die eine kurze überlappung der Spannungsabnahme
an der leitenden Kathode mit dem Spannungsanstieg an der Nachbarkathode zwecks sicherer
Fortschaltung der Entladung bewirken sollen. Infolge dis zum Widerstand 63 parallel
geschalteten Gleichrichters 64 hat nämlich das RC-Glied 6z-63 (Reihenschaltung)
`für :eine Potentialänderung am angeschlossenen Gitter eine vom Vorzeichen ,des
Gitterpotentials abhängige, stark unterschiedliche Zeitkonstante. Diese Hilfskreise
wirken dem plötzlichen Entstehen eines positiven Potentials an ,einem der Gitter
der Trioden 45 und 46 @exitgegen, @da die Gleichrichter 64 bei dieser Polarität
leiten und durch praktischen Kurzschluß der Widerstände 63 die Kondensatoren
62 zur vollen, den Anstieg des positiven Gitterpotentials verzögernde Speicherwirkung
bringen. Gegenüber negativem Gitterpotential. wirke die Gleichrichter 64 jedoch
sperrend, so daß die Verzögerungswirkung der Kondensatoren 62 durch die Widerstände
63 weitgehend aufgehoben wird, also der Anstieg ,des negativen Gitterpotentials
praktisch unverzögert erfolgt, Infolgedessen bewirkt jeder durch einen Zählirnpu!ls
an den Eingangsklemmen 41 eingeleitete plötzliche Wechsel des Gleichgewichtszustandes
der Kippröhren 43 und 44 eine umverzögerte Spannungs:zunahmne an einer der Kathodenleitungen
59 und 6o sowie seine demgegenüberetwas verzögerte Spannungsabnahme an der andienen
Leitung: Bei jedem Spannungswechsel zwischen benachbarten Kathoden bleibt also die
Glimmentladung ,am Querstück der einen Kathode infolge .der verzögerten Spannungsabnahme
noch kurzzeitig bestehen, bis .die folgende Nachbarkathode an ihrem dem Querstück
benachbarten Knick von der sofort ansteigenden. Spannung sicher gezündet wurde.
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Die verteilten Elektrodenkapazitäte können unter Umständen eine ähnliche
überlappung zwischen dem Verschwinden und dem Entstehen der Glimmentladungen hervorrufen
und. die genannten Verzögerungsglieder 62, 63, 64 entbehrlich machen.
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Die Wirkungsweise .der Schaltung nach Fig. 4 ist folgende:- Um die
Glimmentladung an der Kathode 4 .einzuleiten, werde die gewöhnlich gesichIossene
Schalter 37, 38 und 3.9 kurzzeitig geöffnet. Hierdurch wird die Triode
43 leitend und infolgedessen die Spannung der Zuleitung 6o .erhöht sowie
die Glimmentladung nur der Kathode 4 eingeleitet. Ein negativer Impuls an den Eingangsklemmen
41 macht dann umgekehrt die Triode 44 leitend, wodurch die. Gitterspannung der Röhre
46 .erniedrigt und ferner die Spannung an der Sammelleitung 59, also auch an der
Nachbarkathode 5, bis zu deren Zündung erhöht wird. Die gleichzeitige Sperrung der
Triode 43 verursacht Gittexspannungserhöhung an der Triode 45, jedoch sinkt infolgedessen
die Spannung an der Kathodenleitung 6o, d. h. an der noch leitenden Kathode 4, auf
Grund der am Gitter der Röhre 45 angeschlossenen Hilfsschaltung 62, 63, 64
erst verzögert, so daß kurzeitig an beiden Nachbarkathoden 4 und 5 zugleich hohe
Spannung herrscht und je eine Glimmentladung besteht. Durch die Glimmschicht des
Querstückes 14 an der Spitze der Kathode 4 wird am Knick der Kathode 5 ein Ionenüberschuß
erzeugt und dadurch diese Stelle als Zündpunkt der Nachbarkathode 5 festgelegt.
Am Ende der Verzögerungswirkung der Hilfsschaltung sinkt, unter gleichzeitiger Wirkung
des gemeinsamen Vorwiderstandes 48, die Spannung der Kathode 4, so daß ihre Glimmentladung
erlischt. Die Glimmschicht der Kathode 5 wandert dann auf düeser sofort von der
Kathode 4 fort in der Richtung der Zunahme der elektrischen Feldstärke nach dien
Querstück 15 und nimmt an dieser Stelle größter Feldstärke der Kathode 5 ihre Gleichgewichtslage
:ein. Dort befindet sich dann die Glimmschicht innerhalb der Entladungsstrecke der
nächstfolgenden Kathode 6 und bereitet diese in der Umgebung ,des Knickes durch
Anreicherung mit Ionen für @die in gleicher Weise erfolgende Zündung infolge des
nächsten Zählimpulses vor. Diese Vorgänge wiederholen sich bei jedem weiteren Zählimpuls,
so daß im Glimmzähler durch entsprechenden Umlauf der Glimmentladung eine Impulsspeicherung
bzw. -zählung stattfindet.
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Die am Widerstand 3 6 der Anfangskathode 4 auftretende Impulse können
den Ausgangsklemmen 4o .entnommen und den Eingangsklemmen 41 einer weiteren gleichen
Glimmzählerschaltung zugeführt, also mehrere ,derartige Zählerstelle zu, einem mehrstelligen
dekadischen Glimmzählwerk zusammengeschaltet werden.
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Wesentlich für ;das Zustandekommen einer Fortschaltung der Glimmentladung
in der Glimmröhre gemäß,der Erfindung durch einen diese Entladung schwächenden Zählimpuls
ist demnach eine solche Form und Anordnung der Elektroden, daß zwischen i dien Endpunkten
des Glimmbereiches der Kathoden ,ein solcher Unterschied der elektrische Feldstärke
entsteht; unter dessen. Einfluß die räumlich begrenzte Glimmentladung von einem
Endpunkt, dem Zündpunkt, nämlich -dem Punkt kleinster Feldstärke, nach .dem anderen
Endpunkt mit der größten Feldstärke, der Gleichgewichtsstellung, wandert.
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Da für. diie Glimmschicht besonders die elektrische Feldstärke an
der Kathodenoberfläche maßgebend ist, wird der genannte erforderliche Feldstärkenunterschied
an
einer Kathode verstärkt durch unterschiedliche Krümmung der Kathodenoberfläche,
z. B. .durch verschiedene KathodendurchmesseT, an ,den beiden Endpunkten des Glimmhereiches.