DE417827C

DE417827C - Discharge tubes with completely or partially indirectly heated cathode

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Publication number: DE417827C
Application number: DESCH66976D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Publication date: 1925-08-19

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.The invention relates to an electrical discharge tube with wholly or partially indirect electron-emitting cathode heated by thermal conduction and thermal radiation, the for lighting purposes, as a valve tube and for similar applications. Included is a prerequisite that there is an external resistance in the electrical circuit of the discharge tube is to stabilize the discharge, ίο to limit the current strength or for any other purpose may be required. Such a resistance is to be found in the following briefly referred to as "external" resistance.

*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.* 5 The essence of the invention can be particularly clearly illustrate using the example of an electric discharge lamp. Here an "external" resistance is always necessary, its Joule heat for the production of light is usually lost and only partially used in special cases can be given the shape of an incandescent lamp or other light source gives. The invention allows the Veras evaluation of the Joule heat of the ballast resistor in a different way, namely to heat the cathode serving as the electron source. This allows the otherwise for such cathodes required energy consumption can be wholly or partially spared. In the following examples, the cathode is made up of second-class conductors, mostly oxides, existing bodies adopted, many of which even at moderate temperatures one provide sufficient electron emission. The Fig. Ι to 3 are intended to the essence of the invention explain in more detail.

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.Fig. Ι shows an embodiment of such, by the Joule heat of the j * o external resistance heated cathode. The dimensions are in the interests of clarity greatly exaggerated and not maintaining the correct spatial relationships. The electron donating layer 2 is located on the outside of a heat-resistant 1 protective tube 1, the mass of which is taken into account coming temperatures is not yet noticeably conductive. Inside the tube is all or part of the external resistance in the form of a heating coil 5 housed, which receives its power supply through the conductors 6 and 3. An allowance j device 6 must as a rule be sealed against the discharge space and i for this purpose lies inside a tightly inserted insulating tube 7 Made of suitable ceramic material, magnesia, porcelain, quartz, glass or the like. On the other At the end of the tube 1, the seal is made by a plug 4 made of heat-resistant Substance that is penetrated by the supply line 3. It is assumed that the power supply line to the electron donating layer 2 on the outside of the tube 1 through a temperature-resistant metal layer below it takes place, which the current on The upper end of the tube is fed from the conductor 3 through a suitable contact will. The heating coil 5, which represents the external resistance, is dimensioned and chosen from such material that they can be used alone or with the assistance of another source of energy the layer 2 is able to heat sufficiently by conduction to produce the desired Allow electron stream to escape. Instead of a spiral, the 'heating resistor also have the shape of a pen or the like, z. B. very useful that of a heating film or a resistance layer which rests directly on the inner wall of the tube 1.

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. icoFig. 2 illustrates the case that on the outside of the tube 1 is not an electron-emitting layer spread out on a metallic substrate, but rather that a filament 8, wound in the present case as a spiral, is used. At the same time, the A layer of the active material can be applied to the outside of the tube 1, which, as a result of the contact with the spiral 8, keeps it active for a longer period of time. The order can also serve to slowly remove any substances from the cathode surface continue sublimating or dusting off, such as. B. in cathodoluminescent lamps. The incandescent spiral 8 can be a platinum wire, an iridium wire, a tungsten wire, an oxide-containing thread or the like, its heating is supported by the heat generated by the inner spiral 5. 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-For the ignition of discharge tubes with such cathodes is in all cases, in which the heating of the cathode through the heat production of the "external" resistance In the company is sufficient, a circuit according to Fig. 3 is expediently provided. It's the simple case suppose that the tube or lamp, in addition to the cathode, whose emitting

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.rende surface is denoted by 2, only one anode 9 contains. Of course Further electrodes, control grids or the like can also be provided. 5 denotes again the at the same time · the external resistance forming the heating spiral for the active one Cathode layer 2. The lead from the positive pole of the network to the anode 9 is through the Turns 10 of an electromagnet that can open a switch 12 out. When switching of the current, it first flows through the resistor 11, the closed one Switch 12, through the metallic base of the active mass 2 and the heating coil 5 to the negative pole. This will heat 5 and 2; and to the extent that they are active Layer on 2 becomes warm enough to emit electrons, a current flows .immediately from 2 to 9 through the discharge space. This current excites the solenoid windings 10 and consequently finally causes the opening of the switch 12, whereupon the electron flow from 2 to 9 is maintained solely by the fact that the heat generation of the resistor 5 is sufficient, to maintain the surface of 2 in the emissive state.

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.Discharge tubes, in which, as shown in Fig. 2, in addition to indirect heating of the electron source direct current heating by the Joule heat of the external resistor 5 takes place, with a special low-voltage voltage wave still being provided for this purpose at the ends of the spiral 8 usually do not require the ignition device described above.

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.Between the principles of the invention described above and the known th process, the heating of the cathode by the energy of positive ions in the There is one major difference between the pipe and the existing gas. That The latter means can only be used for pipes which contain gas residues, not against it in those who work with an utterly void of air. Furthermore, in tubes with cathode heating by positive ions, the Joule heat of external resistance is lost while in accordance with the invention can be used for any type of tube.

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. If a discharge tube according to the invention is used in an alternating current network as a rectifier Used to charge a collector battery, the counter voltage, which increases as the cells are charged, increases can advantageously be used to automatically reduce the charging current or to completely increase it interrupt. This is easy to see when you consider that the charging current itself is the To maintain heating and thus the electron emission of the cathode in whole or in part Has. If it decreases as a result of the increased counter voltage of the battery, it must at the same time the temperature of the cathode and thus its electron emission decrease. The tube becomes less current-permeable, and through this interaction between discharge current intensity and cathode heating you can get an accelerated decrease of the charging current or a complete interruption the same can easily be brought about at a certain counter voltage of the battery.

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.It is known per se to form heating resistors in this way in hot cathode tubes and to combine organically with the cathode that the Joule heat of the heating resistor passes to the electron-emitting substance, as well as the heating coil to this Purpose to embed in an insulating tube, on the outside of which the electron source is located is located. A special circuit and an additional energy source are required for this type of external heating. In contrast, the invention represents an advance in that it is the additional Energy source and the otherwise uselessly lost wattage of the external Resistance of the discharge circuit of the tube utilized.

Claims

Patent-to sayings:

1. Discharge tube with wholly or partially indirectly heated cathode, in the external circuit of which there is a permanent resistance, characterized in that the Joule heat of the external resistance in the circuit of the tube as heating energy for the electron source the discharge is recycled.

2. cathode for discharge tubes according to claim 1, characterized in that the conductor forming the external resistance of the circuit is entirely or partially designed as a radiator and is organic is connected to the cathode in such a way that its Joule heat is transmitted to the electron-emitting Substance is transferred.

3. Cathode according to claim 2, characterized in that the external resistance In the form of a heating coil o. The like. Is embedded in an insulating tube on which The electron source is on the outside.

For this purpose ι sheet of drawings.

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