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Vakuumröhre mit Gliihkathode.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vakuumröhre mit fester Glühkathode-nicht jedoch WehneltGlühkathode-, welche die Eigenschaft besitzt, dass sie nur einmal in den Glühzustand gebracht zu werden braucht und dann auch beim Sinken der Spannung im Glühen bleibt, so dass die Entladung nicht abreisst.
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die weitere Entladung aufrecht erhält.
Diese Eigenschaft der Röhre wird durch vier Massnahmen erzielt, welche zusammenwirken.
Zunächst wird die Kathode der Röhre so gestaltet, dass sie im Verhältnis zu ihrem Volumen eine kleine Oberfläche hat. Sie muss also mehr kugel-als fadenförmig sein und kann z. B. aus einem kleinen Kohleblock, einer Metallpille od. dgl. bestehen. Zweitens muss die Kathode aus einem Material von möglichst geringer Wärmeleitfähigkeit bestehen. Vorzugsweise kommt Kohle oder ein Stoff von ähnlich schlechter Wärmeleitung, auch z. B. Wolframmetall, zur Anwendung. Drittens muss der Abstand zwischen der Kathode und der Anode klein sein, d. h. er darf in der Regel nur ein geringes Vielfaches des Kathodendurchmessers betragen. Durch diese geringe Entfernung wird die Entladung, die die Form eines Glimmbogens, nicht eines Lichtbogens, besitzen muss, auf einen kleinen Raum zusammengedrängt, so dass die Wärmeableitung gering wird.
Der Elektrodenabstand hängt dabei in gewissem Umfange von dem in der Röhre herrschenden Gasdruck ab. Viertens darf die angewendete Stromstärke nicht zu klein sein, und der Strom ist in der Röhre so lange zu steigern, bis bei dem im Betrieb vorkommenden zufälligen Sinken der Spannung ein Abreissen der Entladung nicht mehr auftritt. Zweckmässig ist der Strom dann noch etwas zu erhöhen. Die Entladungsform des Glimmbogens ist erreicht, sobald an der Anode ein Glimmlicht, also eine die Anode überziehende leuchtende Schicht, ohne glühende Ansatzstelle, an der Kathode ein weissglühender Ansatzfleck der Entladung auftritt.
Eine derartige Röhre besitzt im übrigen die Eigenschaft eines negativen Widerstandes (abfallende Charakteristik) und ist demgemäss mit einem Vorschaltwiderstand zu betreiben.
Wenn man beispielsweise im Vakuum von 0'001 bis 10 mm Druck zwei Elektroden, von denen die Anode a, us gekühltem Metall, die Kathode aus Kohle oder Metall besteht, nach Art einer gewöhnlichen Bogenlampe anordnet, sie zwecks Zündung miteinander in Berührung bringt und wieder auseinander zieht, so entsteht eine, unter Umständen deutlich geschichtete, breite Glimmlichtentladung, die z. B. bei 220 Volt eine Stromstärke von 5-100 Amp. annehmen kann, je nach Anordnung der Elektroden.
Diese Entladung ist selbsttätig, denn die Kathode ist durch die vorübergehende Berührung mit der Anode zur Glühkathode geworden, deren Glühtemperatur nach dem Entfernen der Elektroden voneinander durch die aufprallenden positiven Ionen und durch die vom Entladungsvorgang in Gas und an der Anode erzeugte Wärme selbsttätig aufrecht erhalten wird. Die Wärmewirkung des Entladungsvorganges wird unterstützt, wenn man die Röhre mit einem Gas von hoher Wärmeleitfähigkeit füllt. Gibt man der Röhre ferner eine geeignete Gestalt (kurze Strahlungswege usw.), so kann dadurch auch die strahlende Wärme zur vermehrten Wirkung gebracht werden. Letzteres Hilfsmittel kommt besonders bei hohem Vakuum in Betracht.
Die Ausbildung der Röhre selbst ist im übrigen beliebig. Beispielsweise kann sie nach Art der Liebenröhre mit Gitter- oder siebförmiger Zwischenelektrode versehen sein, hauptsächlich wenn sie als
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Hochfrequenzgenerator für sehr hohe Energien dienen soll. Es sind aber auch alle anderen Anwendungformen brauchbar, wie sie bei Apparaten, die mit Glühkathode im gasverdünnten Raum oder in hohen Vakuum arbeiten, bekannt sind.
Die anfängliche Heizung kann, wie erwähnt, auf irgendeine Art bewirkt werden, also z. B. ausser durch Berührung der Elektroden (Kathode und Anode bzw. Kathode und Sieb) oder durch einen Induktionstoss, auch durch Wärmestrahlung eines neben der Kathode angebrachten Glühkorpers, ähnlich bei dem Nernstbrenner, oder indem man eine grössere Menge'von Ionen, die irgendwie erzeugt werden, in die Entladungsbahn hineinbringt, wie es z. B. bei Quecksilberlampen bisweilen geschieht.
Dadurch, dass die Wärmeenergie des Entladungsvorganges selbst zur Heizung der Glühkathode verwandt wird, werden die Kosten eines besonderen Heizstroms erspart. Eine durch einen besonderen Heizstrom zum Glühen gebrachte Glühkathode muss ferner stets zwei Zuleitungen haben. Eine solche Kathode brennt aber, da sie nur geringe Dicke aufweist, infolge der starken Kathodenzerstäubung schon nach kurzer Zeit durch, sobald durch das Entladungsgefäss starke Ströme fliessen. Bei einer selbständig glühenden Kathode braucht man hingegen keine zwei Zuleitungen zur Kathode, und letztere braucht nicht aus dünnem Blech zu bestehen, sondern kann z. B. einen Vollkörper bilden, der stets betriebsfähig bleibt.
Vorteilhaft ist es, bei grossen Betriebsstromstärken die Anode entweder künstlich zu kühlen oder so gross zu machen, dass ihre Temperatur infolge guter Wärmeableitung niedrig bleibt, sie also selbst nicht glühend wird. Dies ist besonders dann zu beachten, wenn die Anode aus demselben Material wie die Kathode besteht, und überhaupt bei Gleichrichtern, um die Gefahr der Rückzündung auszuschliessen.
Die Betriebsstromstärke der Röhre muss im Einklang mit den Röhren-und Elektrodenabmessungen stehen und wird in der Regel nahe der oberen, für die Röhre erträglichen Grenze zu liegen haben, da bei zu geringem Strom die Gefahr einer Abkühlung der Kathode nach erfolgter Zündung und dadurch das Aussetzen der Entladung bedingt wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vakuumröhre mit Glühkathode, gekennzeichnet durch die Bemessung und Anordnung der Kathode in der Weise, dass sie bei genügend hoher Strombelastung infolge ihrer zum Volumen kleinen Oberfläche und infolge der geringen Wärmeableitung der sie bildenden Substanz, wie auch infolge ihres verhältnismässig geringen Abstandes von der Anode nach anfänglicher, auf bekannte Art bewirkter Zündung in glühende Zustand bleibt und eine Glimmbogenentladung selbständig aufrecht erhält.