DE417827C - Entladungsroehre mit ganz oder teilweise indirekt geheizter Kathode - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Entladungsröhre mit ganz oder teilweise indirekt durch Wärmeleitung und Wärmestrahlung geheizter, elektronenemittierender Kathode, die für Beleuchtungszwecke, als Ventilröhre und für ähnliche Anwendungen dienen kann. Dabei ist Voraussetzung, daß im Stromkreise der Endladungsröhre ein äußerer Widerstand liegt, der zur Stabilisierung der Entladung, ίο zur Begrenzung der Stromstärke oder für irgendwelche anderen Zwecke erforderlich sein mag. Ein solcher Widerstand soll im folgenden kurz als »äußerer« Widerstand bezeichnet werden.

*5 Das Wesen der Erfindung läßt sich besonders klar an dem Beispiel einer elektrischen Entladungslampe veranschaulichen. Hierbei ist stets ein »äußerer« Widerstand notwendig, dessen Joulesche Wärme für die Lichterzeugung in der Regel verlorengeht und nur in besonderen Fällen dadurch teilweise ausgenutzt werden kann, daß man ihm die Form einer Glühlampe oder einer anderen Lichtquelle gibt. Die Erfindung gestattet die Veras wertung der Jouleschen Wärme des Vorschalt widerstandes auf eine andere Art, nämlich zur Erhitzung der als Elektronenquelle dienenden Kathode. Dadurch kann der sonst für derartige Kathoden benötigte Energieverbrauch ganz oder teilweise erspart werden. Als Kathode wird in den folgenden Beispielen ein aus Leitern zweiter Klasse, meist Oxyden, bestehender Körper angenommen, von denen viele schon bei mäßigen Temperaturen eine ausreichende Elektronenemission liefern. Die Abb. ι bis 3 sollen das Wesen der Erfindung näher erläutern.

Abb. ι zeigt ein Ausführungsbeispiel einer derartigen, durch die Joulesche Wärme des j *o äußeren Widerstandes beheizten Kathode. Im Interesse deutlicher Darstellung sind die Abmessungen stark übertrieben und nicht die richtigen räumlichen Verhältnisse innegehalten. Die elektronenliefernde Schicht 2 befindet sich auf der Außenseite eines hitzebeständigen 1 Schutzröhrchens 1, dessen Masse bei den in Betracht kommenden Temperaturen noch nicht merklich leitfähig ist. Im Innern des Röhrchens ist der ganze oder ein Teil des äußeren Widerstandes in Form einer Heizspirale 5 untergebracht, welche ihre Stromzuführung durch die Leiter 6 und 3 erhält. Eine Zulei- j tung 6 muß in der Regel gegen den Entia- j dungsraum ionendicht abgeschlossen sein und i liegt zu diesem Zweck im Innern eines dicht eingesetzten isolierenden Sclrutzröhrchens 7 aus geeignetem keramischen Stoff, Magnesia, Porzellan, Quarz, Glas o. dgl. Am anderen Ende des Röhrchens 1 erfolgt die Abdichtung durch einen Pfropf 4 aus hitzebeständigem Stoff, der von der Zuleitung 3 durchsetzt wird. Es ist angenommen, daß die Stromzuleitung zu der elektronenliefernden Schicht 2 auf der Außenseite des Röhrchens 1 durch eine unter ihr liegende temperaturbeständige Metallschicht erfolgt, welche der Strom am oberen Ende des Röhrchens vom Leiter 3 aus durch einen geeigneten Kontakt zugeführt wird. Die Heizspirale 5, die den äußeren Widerstand darstellt, wird so bemessen, und aus solchem Material gewählt, daß sie allein oder mit Unterstützung einer anderen Energiequelle die Schicht 2 durch Wärmeleitung genügend zu erhitzen vermag, um aus ihr den gewünschten Elektronenstrom austreten zulassen. Statt einer Spirale kann der' Heizwiderstand auch die Form eines Stiftes o. dgl. haben, z. B. sehr zweckmäßig diejenige einer Heizfolie oder Widerstandsschicht, die unmittelbar an der Innenwand des Röhrchens 1 anliegt.

Abb. 2 veranschaulicht den Fall, daß auf der Außenseite des Röhrchens 1 sich nicht eine auf metallischer Unterlage ausgebreitete elektronenemittierende Schicht befindet, sondern daß ein Glühdraht 8, im vorliegenden Falle als Spirale aufgewickelt, benutzt wird. Hierbei kann gleichzeitig auf der Außenseite des Röhrchens 1 eine Schicht des aktiven Materials aufgebracht sein, welches infolge des Kontaktes mit der Spirale 8 diese langer aktiv erhält. Die Anordnung kann auch nebenbei dazu dienen, irgendwelche Substanzen langsam von der Kathodenflache fortsublimieren oder fortstäuben zu lassen, wie z. B. bei Kathodolumineszenzlampen. Die Glühspirale 8 kann ein Platindraht, ein Iridiumdraht, ein Wolframdraht, ein oxydhaltiger Faden o. dgl. sein, dessen Beheizung durch die von der inneren Spirale 5 hervorgebrachte Wärme unterstützt wird. ico

Für das Zünden von Entladungsröhren mit derartigen Kathoden wird in allen Fällen, in denen die Beheizung der Kathode durch die Wärmeproduktion des »äußeren« Widerstandes im Betriebe genügt, zweckmäßig eine Schaltung nach Abb. 3 vorgesehen. Es ist der einfache Fall angenommen, daß die Röhre oder Lampe außer der Kathode, deren emittie-

rende Oberfläche mit 2 bezeichnet ist, nur eine Anode 9 enthält. Selbstverständlich können auch weitere Elektroden, Steuergitter o. dgl. vorgesehen sein. 5 bezeichnet wiederum die gleichzeitig· den äußeren Widerstand bildende Beheizungsspirale für die aktive Kathodenschicht 2. Die Zuleitung vom positiven Pol des Netzes zur Anode 9 ist durch die Windungen 10 eines Elektromagneten geführt, der einen Schalter 12 öffnen kann. Beim Einschalten des Stromes fließt dieser zunächst über den Widerstand 11, den geschlossenen Schalter 12, durch die metallische Unterlage der aktiven Masse 2 und die Heizspirale 5 zum negativen Pol. Dadurch werden 5 und 2 erhitzt; und in dem Maße, wie die ,aktive Schicht auf 2 genügend warm wird, um Elektronen zu emittieren, fließt ein Strom .unmittelbar von 2 nach 9 durch den Entladungsraum. Dieser Strom erregt die Elektromagnetwindungen 10 und bewirkt infolgedessen schließlich die Öffnung des Schalters 12, worauf der Elektronenfluß von 2 nach 9 allein dadurch aufrecht erhalten wird, daß die Wärmeerzeugung des Widerstandes 5 ausreicht, um die Oberfläche von 2 im emittierenden Zustande zu unterhalten.

Endladungsröhren, bei denen gemäß Abb. 2 neben der indirekten Beheizung der Elektronenquelle durch die Joulesche Wärme des äußeren Widerstandes 5 eine direkte Strombeheizung stattfindet, wobei noch an den Enden der Spirale 8 eine besondere niedervoltige Spannungswelle dafür vorgesehen sein kann, bedürfen meistens der vorstehend beschriebenen Zündeinrichtung nicht.

Zwischen den vorstehend beschriebenen Grundzügen der Erfindung und dem bekann ten Verfahren, die Beheizung der Kathode durch die Energie positiver Ionen des in der Röhre vorhandenen Gases zu unterstützen, besteht ein wesentlicher Unterschied. Das letztgenannte Mittel ist nur anwendbar bei Röhren, welche Gasreste enthalten, nicht dagegen bei solchen, die mit äußerster Luftleere arbeiten. Ferner geht bei Röhren mit Kathodenbeheizung durch positive Ionen die Joulesche Wärme des äußeren Widerstandes verloren, während sie gemäß der Erfindung für jede Art von Röhren ausgenutzt werden kann.

Wird eine Entladungsröhre nach der Erfindung in einem Wechselstromnetz ais Gleichrichter zum Laden einer Sammlerbatterie verwendet, so kann die mit wachsender Aufladung der Zellen steigende Gegenspannung vorteilhaft dazu benutzt werden, um den Ladestrom selbsttätig zu verringern oder ganz zu unterbrechen. Dies ist leicht einzusehen, wenn man bedenkt, daß der Ladestrom selber die Erwärmung und damit die Elektronenemission der Kathode ganz oder teilweise aufrechtzuerhalten hat. Nimmt er infolge der erhöhten Gegenspannung der Batterie ab, so muß zugleich die Temperatur der Kathode und damit ihre Elektronenemission nachlassen. Die Röhre wird also weniger stromdurchlässig·, und durch diese Wechselwirkung zwischen Entladungsstromstärke und Kathodenbeheizung kann man eine beschleunigte Abnahme des Ladestromes oder eine vollständige Unterbrechung desselben bei einer bestimmten Gegenspannung der Batterie leicht herbeiführen.

Es ist an sich bekannt, bei Glühkathodenröhren Heizwiderstände derart auszubilden und mit der Kathode organisch zu vereinigen, daß die Joulesche Wärme des Heizwiderstandes auf die elektronenemittierende Substanz übergeht, sowie die Heizspirale zu diesem Zweck in ein isolierendes Rohr einzubetten, auf dessen Außenseite sich die Elektronenquelle befindet. Für diese Art der Fremdbeheizung ist ein besonderer Stromkreis und eine zusätzliche Energiequelle erforderlich. Demgenüber bedeutet die Erfindung einen Fortschritt insofern, als sie die zusätzliche Energiequelle vermeidet und die sonst nutzlos verlorengehende Wattleistung des äußeren Widerstandes des Entladungskreises der Röhre verwertet.

Claims (3)

Patent-An Sprüche:

1. Entladungsröhre mit ganz oder teilweise indirekt geheizter Kathode, in deren äußerem Stromkreis dauernd ein Widerstand liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Joulesche Wärme des im Stromkreis der Röhre liegenden äußeren Widerstandes als Heizenergie für die Elektronenquelle der Entladung verwertet wird.

2. Kathode für Entladungsröhren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den äußeren Widerstand des Stromkreises bildende Leiter ganz oder teilweise als Heizkörper ausgebildet und organisch mit der Kathode derart verbunden ist, daß seine Joulesche Wärme auf die elektronenemittierende Substanz übergeleitet wird.

3. Kathode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Widerstand in Gestalt einer Heizspirale o. dgl. in ein isolierendes Rohr eingebettet ist, auf dessen Außenseite sich die Elektronenquelle be- ng findet.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.

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