DEP0037003DA

DEP0037003DA - Hot cathode rectifier high vacuum tube for electrical current of high voltage

Info

Publication number: DEP0037003DA
Authority: DE
Inventors: Pierre Aristide Le Vésinet Nineuil
Original assignee: Société Anonyme Tubix, Paris
Publication date: 1951-02-15

Description

Bekanntlich enthalten die Wechsel- oder Mehrphasenstromgleichrichterröhren für Hochspannung, beispielsweise für eine solche von 100.000 - 300.000 Volt, besonders die sogenannten Kenotronröhren eine in einem Höchstvakuum von ungefähr 10(exp)-5 mm Hg-Säule angeordnete Glühkathode, die, wenn dieselbe negativ ist, Elektronen aussendet, sowie eine Anode, die für deren Empfang bestimmt erscheint.As is known, the AC or multiphase current rectifier tubes for high voltage, for example for those of 100,000 - 300,000 volts, especially the so-called kenotron tubes, contain a hot cathode arranged in a maximum vacuum of approximately 10 (exp) -5 mm Hg column which, if the same is negative, Emits electrons, as well as an anode, which appears intended to receive them.

Durch diese Emission fällt der Röhrenwiderstand, der sonst unendlich wäre, auf den Wert von einigen Hundert Volt herab und der Strom vermag während der entsprechenden Halbperiode hindurchzugehen.As a result of this emission, the tube resistance, which would otherwise be infinite, drops to the value of a few hundred volts and the current is able to pass through during the corresponding half-cycle.

Während der anderen Halbperiode, während der die Glühkathode positiv wird, entsendet dieselbe keine Elektronen und der Widerstand der Röhre bleibt unendlich.During the other half-cycle, during which the hot cathode becomes positive, it sends no electrons and the resistance of the tube remains infinite.

Da jedoch zufolge der als kalte Emission bezeichneten, von Lilienfeld zuerst beobachteten Erscheinung, ein einer hohen Negativspannung ausgesetztes, in einem ansonsten einen unendlichen Widerstand bildenden Hochvakuums befindliches Anodenmetall seinerseits parasitische Elektronen in nicht vernachlässigbaren Mengen aussendet, und diese, nachdem sie zufolge der sehr hohen Potentialunterschiede zwischen Kathode und Anode stark beschleunigt wurden, eine ganz bedeutende Energie aufspeichern, wird durch sie die Arbeit der Röhre gestört; dieser Elektronenstrom kann die Röhre sogar mechanisch beschädigen, beispielsweise das Glühfadensystem der Kathode bzw. seine metallischen Trägerstangen durch deren Bombardierung und Überhitzung oder die Röhrenwände aus Metall und Glas durchschlagen. In diesen Erscheinungen ist auch die Entstehung von Röntgenstrahlen begründet, die für die Gebraucher schwerste Folgen nach sich ziehen können.Since, however, according to the phenomenon that Lilienfeld first observed, called cold emission, an anode metal exposed to a high negative voltage and located in an otherwise infinitely resistive high vacuum emits parasitic electrons in non-negligible quantities, and these after they are due to the very high potential differences have been greatly accelerated between the cathode and anode, store a very significant amount of energy, they disrupt the work of the tube; this stream of electrons can even mechanically damage the tube, for example the filament system of the cathode or its metal support rods due to their bombardment and overheating or the tube walls made of metal and glass. These phenomena are also responsible for the formation of X-rays, which can have very serious consequences for the user.

Bisher begnügt man sich, um diesen Nachteilen zu begegnen, damit, als Anodenmetall ein solches von schwachen Lilienfeld'schen Kaltemissionsvermögen zu verwenden, insbesondere Wolfram oder Nickel, und dasselbe in einem Zustand von Hochglanz gebrachter Oberfläche zu verwenden.So far, in order to counter these disadvantages, one has been content with using as anode metal one with weak Lilienfeld cold emissivity, in particular tungsten or nickel, and using the same in a state of high-gloss surface.

Jederfalls sind diese Vorsichtsmaßnahmen unzureichend.In any case, these precautionary measures are insufficient.

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vervollkommnung, deren Zweck darin besteht, sämtliche vorbesagten Nachteile zu beheben:The object of the present invention is to improve, the purpose of which is to remedy all the aforesaid drawbacks:

Dieselbe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode von einem metallischen Schirm umgeben ist, mit dem dieselbe in elektronischer Verbindung steht, der der Anode gegenüber, in einer Entfernung, die kleiner ist als der kürzeste Abstand zwischen Kathode und Anode, eine Oberfläche von einem verhältnismäßig großen Krümmungshalbmesser aufweist, welchem ein noch größerer Krümmungshalbmesser der Anode entspricht.The same is characterized in that the cathode is surrounded by a metallic screen with which it is in electronic communication, opposite that of the anode, at a distance which is smaller than the shortest distance between cathode and anode, a surface of a relatively large one Has a radius of curvature to which an even larger radius of curvature of the anode corresponds.

Infolge des großen Krümmungshalbmessers der Anode und dieses Schirmes wird die kalte Emission der Anode im Vergleich mit den bekannten Röhren bedeutend herabgesetzt, bei denen die Anode einen, die Emission begünstigenden mehr oder weniger scharfen Rand aufweist, der in geringen Abstand gerade gegenüber der Kathode oder deren Träger angebracht ist.As a result of the large radius of curvature of the anode and this screen, the cold emission of the anode is significantly reduced in comparison with the known tubes, in which the anode has a more or less sharp edge that promotes the emission, which is at a small distance directly from the cathode or its Carrier is attached.

Überdies wird dieser Raum zwischen Kathode und Schirm zum Gebiete, wo das elektrische Feld seinen Höchstwert erreicht, wobei dasselbe dem Gebiet des Glühfadensystems der Kathode zu abnimmt und infolgedessen dieses System nicht mehr Gefahr läuft, vom beengten Felde verformt zu werden.Moreover, this space between cathode and screen becomes the area where the electric field reaches its maximum value, which decreases towards the area of the filament system of the cathode and as a result this system no longer runs the risk of being deformed by the confined field.

Schließlich ist auch die Bahn der parasitischen Elektronen wie nur möglich beschränkt, ebenso wie die Störungen, die dieselben in der Arbeit der Röhre hervorzurufen vermöchten.Finally, the path of the parasitic electrons is restricted as much as possible, as are the disturbances which they might cause in the work of the tube.

Im Ferneren sind zwei beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes, des vervollkommneten "Kenotrons", beschrieben und in der beiliegenden Zeichnung veranschaulicht, wobei die Ausführungsform laut Abb. 1 eine innere und diejenige laut Abb. 2 eine äußere Anode aufweist.Furthermore, two exemplary embodiments of the subject of the invention, the perfected "kenotron", are described and illustrated in the accompanying drawing, the embodiment according to FIG. 1 having an inner anode and that according to FIG. 2 having an outer anode.

Die Kenotronröhre laut Abb. 1 besteht im Wesen aus einer Röhre 1 aus Borsiliziumglas (oder einem Glas von analoger Zusammensetzung),an deren einem Ende eine metallische Kappe 2 angeschmolzen wurde; diese letztere kann beispielsweise aus Nickelkobaltstahl bestehen und eine äußere Anode bilden. Überdiese enthält die Röhre eine Glühkathode 3. Am Fuße der die Kathode stützenden Stangen ist eine metallische Platte 4 angeordnet, die mit diesen Stangen in Verbindung steht: diese Platte 4 trägt einen Metallschirm 5, der mit derselben in elektrischer Verbindung steht und der die Gestalt einer weiten Tulpe aufweist, die die Stützungsstangen der Kathode nahezu bis zu ihrer vollen Höhe umschließt. Der Abstand a, der zwischen dem Weitestmeridian des Schirmes 5 und der zylindrischen Anodenwand 2 besteht, ist geringer als der kürzeste Abstand b zwischen der Kathode 3 und der Außenanode 2. Die Krümmungshalbmesser des Axialhauptschnittes, sowie derjenige des Querschnittes des Schirmes 5, und in noch stärkerem Ausmaße derjenige des Querschnittes der Anode 2, sind verhältnismäßig groß. Dank dieser Vorkehrungen und anderen sonst üblichen Vorsichtsmaßnahmen, durch welche die kalte Emission herabgesetzt zu werden pflegt (Wahl des Anodenmetalls 2, Hochglanzzustand der Anoden 2- und Schirm 5-Oberflächen) ist es gelungen, dasjenige, was davon noch übrig bleibt, ist im Gebiete der Erweiterung lokalisiert, weist eine, soweit als möglich, kurze Bahn auf und ist, soweit als möglich, von der von der Kathode zur Anode hin verlaufenden Emission entfernt. Der Abstand b kann unter diesen Umständen ziemlich groß gewählt werden, derart, dass das elektrische Feld im Gebiete der Glühkathode 3 nicht zu stark werde, um eine Verformung oder einen Bruch des Glühfadensystems zu bewirken.The kenotron tube according to Fig. 1 essentially consists of a tube 1 made of borosilicon glass (or a glass of similar composition), at one end of which a metallic cap 2 has been melted; the latter can for example consist of nickel-cobalt steel and form an external anode. In addition, the tube contains a hot cathode 3. At the foot of the rods supporting the cathode there is arranged a metal plate 4 which is connected to these rods: this plate 4 carries a metal screen 5 which is in electrical communication therewith and which has the shape of a wide tulip, which the support rods of the cathode almost up to encloses its full height. The distance a, which exists between the furthest meridian of the screen 5 and the cylindrical anode wall 2, is less than the shortest distance b between the cathode 3 and the outer anode 2. The radius of curvature of the main axial section, as well as that of the cross section of the screen 5, and in still to a greater extent that of the cross section of the anode 2 are relatively large. Thanks to these precautions and other usual precautionary measures by which the cold emission tends to be reduced (choice of anode metal 2, high-gloss condition of anode 2 and screen 5 surfaces), what remains of it is in the area localized to the extension, has a short path as far as possible and is as far as possible away from the emission running from the cathode to the anode. Under these circumstances, the distance b can be selected to be quite large, in such a way that the electric field in the area of the hot cathode 3 does not become too strong to cause deformation or breakage of the filament system.

Die in der Abb. 2 veranschaulichte Innenanodenkenotronröhre besteht aus einer Glasbirne 6, einer Kathode 7 und einer Anode 8 in Gestalt einer ausgeweiteten Tulpe. Die Kathodentragplatte 9 ist mit einem Metallschirm 10 in Gestalt einer ausgeweiteten Tulpe versehen, die mit der letzteren in elektrischer Verbindung steht. Die beiden Tulpen 8 und 10 sind einander gegenüber gestellt; beide sind mit einem umbördelten Rand versehen, dessen Krümmungshalbmesser verhältnismäßig bedeutend ist. Der Abstand a' zwischen den beiden umbördelten Rändern ist kleiner als die kürzeste Entfernung b' zwischen der Kathode 7 und der Anode 8.The inner anode kotron tube illustrated in FIG. 2 consists of a glass bulb 6, a cathode 7 and an anode 8 in the form of an expanded tulip. The cathode support plate 9 is provided with a metal screen 10 in the form of an expanded tulip, which is in electrical connection with the latter. The two tulips 8 and 10 are placed opposite one another; both are provided with a beaded edge, the radius of curvature of which is relatively important. The distance a 'between the two beaded edges is smaller than the shortest distance b' between the cathode 7 and the anode 8.

Es ist leicht zu verstehen, dass diese Anordnungen der Innenanodenkenotronröhre die nämlichen Vorteile sichern, wie die der Abb. 1 zufolge der bei der Außenanodenkenotronröhre getroffenen analogen Maßnahmen.It is easy to understand that these arrangements of the inner anode kenotron tube ensure the same advantages as those in Fig. 1 according to the analogous measures taken for the outer anode kenotron tube.

Bei der Herstellung dieser letzteren wurden bisher zur Verfertigung von Anoden 2 laut Abb. 1 in die gewünschte Gestalt gedrückte bzw. getriebene Nickelkobaltstahlblechteile verwendet, da sich ein solches Metall leicht und solid mit dem zum Aufbau des Rohres verwendeten Glas verschmelzen lässt. Nichtsdestoweniger weist dieser Werkstoff einen verhältnismäßig bedeutenden Koeffizienten der kalten Emission auf. Einem Zusatz der vorliegenden Erfindung zufolge erscheint es tunlich, die Behebung der kalten Emission durch Anwendung einer Anode weiter zu verbessern, die im Folgenden beschrieben erscheint: An das offene Röhrenende wird auf gebräuchliche Art ein Nickelkobaltstahlring von verhältnismäßig geringer Höhe aufgeschmolzen. Auf diesem Ring wird dann erst die Anode im eigentlichen Sinne des Wortes in Gestalt einer zylindrischen Kappe aufgeschweißt, deren Fuß bis unterhalb der Verdickung des Schirmes herabsteigt. Diese Anode besteht aus getriebenem bzw. gedrücktem Weichstahl. Die Verbindung der beiden Teile erfolgt durch eine Schweißlötung mit Hilfe eines Kupferbelags.In the manufacture of the latter, sheet nickel-cobalt steel parts pressed or driven into the desired shape have been used to manufacture anodes 2 according to Fig. 1, since such a metal can be easily and solidly fused with the glass used to build the tube. Nonetheless, this material has a relatively significant cold emission coefficient. According to an addition to the present invention, it appears advisable to further improve the elimination of the cold emission by using an anode, which appears to be described below: A nickel-cobalt steel ring of relatively low height is fused to the open tube end in the usual way. The anode, in the true sense of the word, is then welded onto this ring in the form of a cylindrical cap, the foot of which descends below the thickening of the screen. This anode consists of driven or pressed mild steel. The two parts are connected by welding with the aid of a copper coating.

Claims

1. Hot cathode rectifier high vacuum tube for electrical current of high voltage, characterized in that the cathode is surrounded by a metallic screen which is in electrical connection with the same and the anode opposite at a distance which is shorter than the is the shortest distance between anode and cathode, has a surface with a relatively large radius of curvature, which corresponds to an even larger radius of curvature of the anode.

2. Hot cathode rectifier high vacuum tube according to claim 1, characterized in that a screen (5) in the shape of a tulip is used in a tube provided with a cylindrical outer anode (2), the extension of which has a significant radius of curvature both in the axial and in the cross section and that the area of the screen closest to the anode.

3. Hot cathode rectifier high vacuum tube according to claim 1, characterized in that in the case of an inner anode tube the anode (8) and cathode shield (10) have the shape of enlarged tulips facing each other and the two are each provided with a flanged edge, the axial section of which has a significant radius of curvature, which at the same time forms the areas of the screen and the anode which are closest to one another.

4. Hot cathode rectifier high vacuum tube according to claim 1 and 2, characterized in that, in the case of a tube provided with an outer anode, the anode (2) consists of a ring made of a glass-fusible alloy and a soft steel cap welded to said ring, the shape the cap can be carried out in particular by driving or pressing, and the ring-cap solder welding is preferably carried out using a copper coating.