Aktivierte Glühkathode mit zum Festhalten der emittierenden Stoffe mit dünnem 'Metalldraht schraubenförmig bewickeltem Drahtkern. Die Erfindung bezieht sich auf aktivierte Gliihkathode mit aus vorzugsweise hoch schmelzendem Metall bestehendem und zum Festhalten der emittierenden Stoffe mit dün nem Metalldraht schraubenförmig bewickel tem Drahtkern, zur Verwendung in Ent ladungsröhren.
Eine gebräuchliche Bauart solcher Glüh- kathoden ist in den Patenten 125580 und 128653 beschrieben; der Drahtkern der Ka thode ist aus hochschmelzendem Metall und mit zahlreichen Windungen eines dünnen Drahtes aus demselben oder einem andern Metall bewickelt.
Die engen Zwischenräume zwischen die sen Drahtwindungen eignen sich sehr zum Festhalten der emittierenden Stoffe; es ist aber der auf diese Art und Weise unterzu bringende Vorrat verhältnismässig gering.
Besonders bei Tonenentladungsröhren sind die so entstehenden, teils kapillaren Spalte von Bedeutung, da bei diesen Röhren die Gas- oder Dampfionen die negative Raum ladung an der Glühkathode aufheben und es so ermöglichen, dass auch die tiefer in dem Zwischenraum befindlichen Teilchen der emittierenden Stoffe zur Elektronenemission herangezogen werden. Auch wird durch den vergrösserten Vorrat an emittierenden Stof fen die Lebensdauer der Röhre sehr günstig beeinflusst.
So entstand durch diese Röhren ein erhöh tes Bedürfnis an Kathodenkörpern mit noch mehr feinen Aushöhlungen, Spalten und Ka nälen zur Unterbringung eines grossen Vor rates an emittierenden Stoffen.
Die Erfindung bezweckt eine diesem Be dürfnis entsprechende Verbesserung der Kathodenbauart, die dadurch erreicht wird, dass der schraubenförmig auf den Kern auf gewickelte Metalldraht derart aufgebracht wird, dass diese Bewicklung mehrere, von Zwischenräumen für die emittierenden Stoffe durchsetzte Metallschichten bildet. Dazu kann man die schraubenförmige Bewicklung selbst aus einer oder mehreren Lagen von mit dicht zusammenliegenden Windungen ausgeführtem Wendeldraht zu sammensetzen.
Zweckmässig wird zur Bewicklung eine Drahtwendel benutzt, die mittels eines an sich bekannten Verfahrens durch Aufwickeln eines Drahtes auf einen im nachstehenden als Dorn bezeichneten Kern aus einem an dern Material und nachfolgende Beseitigung des Dornes, z. B. auf chemischem Wege, er halten worden ist. Da die Windungen dicht zusammenliegen, bleibt die Wendel nahezu wie ein massiver Draht auf dem Kerndraht der Kathode liegen.
Es ist festgestellt worden, dass durch die beschriebene Ausbildung der auf den Ka- thodenkerädraht aufgewickelten Drahtwen del eine sehr grosse Vervollkommnung ge genüber den bekannten Kathoden erzielt wird.
Wahrscheinlich wirken unter anderem die folgenden Faktoren hierzu mit: Die auf den Kathodenkern aufgewickelte Drahtwendel kann, was ihre äussere Form betrifft, in erster Linie mit dem bekannten, aufgewickelten, massiven Draht verglichen werden und verrichtet somit alle Funktionen dieses Drahtes. Ausserdem aber bildet die Wendel einen Hohlleiter mit Schlitzen in der Oberfläche, so dass sich im Innern dieses Hohlkörpers und in den Schlitzen (das heisst in den Räumen zwischen den Windungen) eine grosse Menge emittierenden Materials festsetzen kann.
Sogar wenn die Räume nicht mit emittierendem Stoff ausgefüllt werden, sondern nur überall auf der Ober fläche eine Haut aus demselben gebildet wird, wird eine sehr beträchtliche Verbesse rung durch die sehr erhebliche Oberflächen- vergrösserung erzielt.
Für einen guten Halt der emittierenden Substanz und eine feste Lage der Drahtwen del auf dem Kathodenkern ist es vorteilhaft, dem Wendeldraht einen Durchmesser von höchstens 300 Mikron zu geben. Der Durch messer und die Steigung der Drahtwendel werden weiter entsprechend der Stärke des Kathodenkerndrahtes bestimmt.
Um den durch dieses Verfahren beding ten Aufwand an Kernmaterial, Herstellungs kosten des Wendeldrahtes, Chemikalien zum Entfernen des Wickelkernes usw. ohne Preis gabe des durch obige Bauart gegebenen, erhöhten Fassungsvermögens der Kathode für die emittierenden Stoffe weitgehend herabzusetzen, kann man die schraubenför mige Bewicklung zwar nach der alten, ein gangs erwähnten Methode mit einfachem Metalldraht, aber in mehreren Windungs- lagen ausführen.
Diese aufeinanderfolgenden Lagen bilden ebenfalls eine an Hohl- und Zwischenräumen sehr reiche und sich zum Festhalten, der emittierenden Stoffe ausserordentlich gut eignende Bedeckung des für die Beheizung und Stromzuführung dienenden hochschmel zenden Kernes, aber die Herstellungskosten sind weitaus geringer, da das aufeinander folgende Bewickeln .des Kerndrahtes in fort laufendem Arbeitsgang stattfinden kann und sich überdies jegliche chemische Ent fernung eines metallischen Wickelkernes erübrigt.
Vorteilhaft wird jede Wicklungslage mit einem Wicklungssinn ausgeführt, der dem Wicklungssinn der vorhergehenden Lage entgegengesetzt ist, da durch die entgegen gesetzt gerichteten Spannkräfte der Bewick- lungen ein besserer Halt auf dem gemein schaftlichen Kern und durch die Überkreu zung der einzelnen Windungen mit denen der benachbarten Wicklungslagen ein erhöh tes Fassungsvermögen an emittierenden Stof fen erzielt wird, und zwar weil eben durch diese Überkreuzungen die einzelnen Windun gen der Wicklungslagen nicht mehr zwischen diejenigen der vorhergehenden Lagen fallen werden, wie dies bei .gleichem Wicklungs sinn aller Lagen der Fall wäre.
Die Ausführung der Bewicklung mit einer Steigung, die grösser ist als der Durch messer des benutzten Drahtes, wirkt günstig für die Bildung von Zwischenräumen zur Aufnahme der emittierenden Stoffe; es ist vorteilhaft, die Steigung mindestens zweimal so gross wie den Drahtdurchmesser zu wählen.
Es ist festgestellt worden, dass gemäss der Erfindung aktivierte Kathoden von vorzüg licher Beschaffenheit erzielt werden können. ohne dass es notwendig ist, eine besondere Metallart, wie Nickel, an dem die emittieren den Substanzen besonders leicht haften, für die Bewicklung oder als Überzug zu verwen den. Man kann also ein hochschmelzendes Metall, z. B. Wolfram, benutzen. In Fällen, in denen man das Schmelzen eines Nickel überzuges infolge hoher Temperaturen nicht zu befürchten braucht, kann man die Eigen schaften der Kathode durch Verwendung von Nickel noch günstiger gestalten, indem man z. B. sowohl den Kerndraht, als auch die Drahtbewicklung aus vernickeltem Wolfram herstellt.
Da aber die emittierenden Stoffe bekannt lich an Nickel in den meisten Fällen besser haften bleiben als an den für Glühkathoden gebräuchlichen hochschmelzenden. Metallen (z. B. Wolfram oder Molybdän), diese letzte ren aber den zerstörenden Einwirkungen des Entladungsvorganges besser widerstehen, kann es vorteilhaft sein, einen oder mehrere getrennte Teile der Kathode mit einer Nickelschicht zu überziehen, wobei unter ge trennten Teilen der Kathode der hochschmel zende Drahtkern und die verschiedenen Be- wicklungen zu verstehen sind.
Aus eben demselben Grunde kann es sich auch lohnen, wenigstens einen Teil der Be- wicklungen mit Nickeldraht auszuführen.
Die Eigenschaften der aktivierten Ka thode kommen besonders bei Verwendung in einer Ionenentladungsröhre zur Geltung, da sich hier auch die infolge der neuen Kat hodenform in den Hohlräumen enthaltenen emittierenden Stoffe ausgiebig an der Emis- sion beteiligen können.
Unter Ionenentladungsröhren sollen so wohl ein Gas oder einen Dampf, wie z. B. Quechsilberdampf, als auch eine Mischung von Gasen oder Dämpfen enthaltende Ent ladungsröhren verstanden werden. In der Zeichnung sind Ausführungs formen der Erfindung beispielsweise darge stellt.
Fig. 1 ist eine Teilansicht einer Kathode; Fig. 2 und 3 sind Querschnitte; Fig. 4 ist eine ,stark vergrösserte Ansicht eines bewickelten Drahtkernes; Fig. 5 ist eine damit hergestellte Kat- hode; Fig. 6 ist ein stark vergrösserter Teilquer- schnitt einer derartigen Kathode.
In Fix. 1 befindet ,sich auf dem Kern draht 1, der aus Wolfram besteht und schraubenförmig gewickelt ist, eine auf ihn gleichfalls schraubenförmig aufgewickelte Drahtwendel 2.
Die emittierende Schicht 3 ist in Fix. 1 nicht dargestellt. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, da.ss sie, wenn sie alle Räume, Schlitze und Offnungen ausfüllt, eine starke Schicht dar stellt, die im Innern als Haftkörper eine Wendel enthält. Wenn die 'Öffnungen nicht ganz ausgefüllt sind, die emittierende Sub stanz aber die ganze vorhandene Oberfläche in einer dünnen Schicht überzieht, entsteht die in Fig. 3 dargestellte Form.
Im allgemeinen sind beide Formen bei derselben aktivierten Kathode vorhanden, besonders, wenn nach längerem Gebrauch ,der Kathode an vielen Stellen das in den Hohl räumen und Schlitzen vorhandene aktivie rende Material durch Herausfallen oder Zer stäuben verschwunden ist. Auch im letzteren Falle besitzt aber die Kathode, deren verfüg bare Oberfläche zum Teil mit emittierender Substanz überzogen ist, ein beträchtliches Emissionsvermögen; es ist ersichtlich, dass eine Kathode von sehr langer Lebensdauer erzielt werden kann.
In der Praxis hat sich daher auch in manchen Fällen ergeben, dass die Lebensdauer .gegenüber einer unter glei chen Bedingungen verwendeten Kathode von gleichen Abmessungen, bei der jedoch die Drahtbewielklung massiv war, vervierfacht wurde.
Bei der Herstellung der Kathode kann man den Kerndraht für sich in Schrauben form biegen und darauf den zuvor in Schraubenform gebrachten Wendeldraht auf einen Dorn mit gleichem Durchmesser wie der Kerndraht aufwickeln, um schliesslich nach Entfernung des Dornes diese Wendel auf den Kerndraht aufzuschieben.
Man kann,die Kathode jedoch auch in der 'Weise herstellen, @dass die aufzuwickelnde Wendel direkt auf einen geraden Kerndraht aufgewickelt wird, der somit als Dorn be nutzt wird, und darauf dieser Kerndraht in die gewünschte, in Fig. 1 dargestellte Schraubenform gebracht wird.
Es ist ersichtlich, dass man zwecks Her stellung sehr grosser Kathoden den Vorgang noch ein oder mehrere Male wiederholen kann.
In bezug auf die Herstellung der aufzu wickelnden Drahtwendel selbst kann man nach bekannten Verfahren in der Weise vor gehen, dass' man z. B. einen Wolframdraht auf einen Kerndraht aus Molybdän auf wickelt und diesen Molybdärndorn sodann bei spielsweise mittels eines Gemisches aus kon zentrierter Schwefelsäure und starker Sal petersäure beseitigt.
Das Entfernendes Dornes aus der Wen del, sowie auch gewünschtenfalls das, An bringen eines Nickelüberzuges, kann selbst redend in verschiedenen Stufen der Herstel lung der schraubenförmigen aktivierten Ka thode, gegebenenfalls sogar als letzter Vor gang vor -dem Aufbringen der emittierenden Substanz, erfolgen.
Das Aufbringen der emittierenden Schicht erfolgt z. B. durch Eintauchen des ganzen, auf die vorher beschriebene Weise erhaltenen Körpers in ein Bad von geschmolzenem Bariumhydroxyd [Ba(OH)2]. Dieses Barium hydroxyd wird darauf nach Einbringen der Kathode in die Entladungsröhre durch Er hitzen in Bariumoxyd umgewandelt.
Auch andere Bäder, z. B. ein aus Barium karbonat, Strontiumkarbonat und einem Bindemittel gebildeter Brei können verwen det werden. Beider Verwendung eines solchen Bades kann man den Brei auch mittels eines Pinsels auftragen.
Es folgen im nachstehenden zwei Bei spiele von in der Praxis verwendeten Aus massen: Beispiel .T: Wolframdraht mit einer Stärke von 75 Mikron wird auf einen Molybdändorn mit einer Stärke von 12,0 Mikron aufgewickelt, -wobei ,die Steigung der Wendel 200 Mikron beträgt.
Der erhaltene Körper wird mit einer Stei gung von 400 Mikron auf einen Wolfram draht mit einer Stärke von 450 Mikron auf gewickelt.
Dieser Wolframdraht wird mit einer Steigung von 5000 Mikron auf einen Dorn mit einer Stärke von 6000 Mikron aufge wickelt. Nachdem Ausziehen .dieses Dornes und der chemischen Entfernung des Molyb- dänkerns kann die emittierende ,Schicht auf gebracht werden. Hat eine solche Kathode sechs Windungen, so ist die Metalloberfläche 6 cm'.
<I>Beispiel 2:</I> Wolframdraht mit einer Stärke von 125 Nikron wird mit einer Steigung von 200 Mikron auf einen Molybdänkern von 2'50 Mikron Stärke aufgewickelt. Dieser Körper wird mit einer Steigung von 600 Mikron auf einen Wolframdraht aufgewickelt, der eine Stärke von 1800 Mikron hat.
Aus dem so erhaltenen Körper wird eine Wendel mit einem Durchmesser von 6500 Mikron und einer Steigung von 4000 Mikron hergestellt.
Acht Windungen dieser Wendel haben dann eine Oberfläche von annähernd 1 dm\. In Fig.4 wird die aufeinanderfolgende Bewicklung eines Kerndrahtes 1, z. B. aus Wolfram von 0,5 bis 2 mm Durchmesser, mit dünnen Metalldrähten 4 und 5, z. B. aus Wolfram von 0,1 bis 0,5 mm Durchmesser, dargestellt, von denen 4 rechtsgängig und 5 linksgängig aufgewickelt worden ist.
Mit einem derartigen Drahtkern wird dann @ ,die endgültige Kathodenspirale 6 der Fig. 5 ge wickelt; die Bezugsziffern der Fig. 5 stim men, wie die der Fig. 6, mit den in der Fig.4 für entsprechende Teile verwendeten überein.
Fig. 6 zeigt in einem Teilquerschnitt der Kathode, wie die emittierende Schicht 3 der art von der Bewicklung 4--5 des Kernes 1 durchsetzt ist, dass ein ausserordentlich inni ger mechanischer und elektrischer Kontakt bei stark vergrösserter emittierender Ober fläche der Kathode erzielt wird.