DE683706C - Glimmentladungsroehre, insbesondere fuer elektroakustische Zwecke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Glimmentladungsröhre, insbesondere für elektroakustische Zwecke.

Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Glimmentladungsröhre, die äußerst konstante elektrische Eigenschaften besitzt und die ohne merkliche Änderung dieser Eigenschaften in großen Stückzahlen hergestellt werden kann.

Glimmentladungsröhren besitzen eine Reihe von Eigenschaften, die sie besonders als Spannungsregler und Oszillatoren geeignet machen. Für diese besonderen Verwendungszwecke, vor allen Dingen dann, wenn die Röhren als Oszillatoren für Musikinstrumente

u. dgl. oder für Prüfzwecke benutzt werden sollen, ist es unbedingt erforderlich, daß sich die elektrischen Konstanten während der ganzen Lebensdauer der Röhren nicht ändern. Es ist ferner erforderlich, daß bei der Massenherstellung alle Röhren genau die gleichen Eigenschaften haben, damit sie ohne weiteres gegeneinander austauschbar sind. Röhren mit solchen Eigenschaften sind bisher noch nicht auf den Markt gekommen. Daher kam es.

daß bei der Verwendung von Glimmentladungsröhren als Oszillatoren für elektrische Orgeln der erzeugte Ton in seiner Höhe so schwankte. daß eine musikalische Wirkung mit diesen Röhren unmöglich wurde. Außerdem war es schwierig, zwei Röhren herzustellen, die sich ohne größere Änderungen der Schaltungen gegeneinander auswechseln ließen.

Es sind Röhren bekanntgeworden, bei denen die Zünd- und Arbeitsspannung dadurch niedrig gehalten .werden konnte, "daß die zylindrische, auf ihrer Innenseite einen aktiven Stoff aufweisende Kathode eine Art Stift trägt, der auf die in der Mitte des Kathodenzylinders befindliche Anode zu gerichtet ist. Diese Röhren sind auch bezuglieh der Frequenzstabilität schon besser. Sie genügen jedoch nicht den Ansprüchen, die z. B. bei der Verwendimg für elektrische Musikinstrumente an sie gestellt werden müssen, und vor allem ist bei ihnen eine solche Fabrikationsgleichmäßigkeit, wie sie mit Rücksicht auf die einfache Auswechselbarkeit der Röhren notwendig ist, nicht erreichbar.

Diese Nachteile sollen durch die Röhre gemäß der Erfindung beseitigt werden.

Die Glimmentladungsröhre gemäß der Erfindung besitzt eine im wesentlichen zylindrische Kathode mit einer keilförmigen, mit der scharfen Kante nach innen weisenden Längseinkerbung, während die Anode inner-

halb dieses Kathodenzylinders, dieser Kante gegenüber, angeordnet ist. Die Kathode ist dabei auf ihrer ganzen Innenfläche mit ein Metall von sehr geringer Austrittsafbeit, Barium oder Strontium, überzogen. An Γ Außenfläche wird sie dagegen vorteilhaft einem geeigneten Gettermaterial, vorzugsweise Aluminium, versehen. Zweckmäßig wird auch Magnesium oder ein anderes Gettermaterial ίο innerhalb der Röhre verflüchtigt zum Zwecke, die gewünschte Gasreinheit zu erzeugen und aufrechtzuerhalten.

Es hat sich gezeigt, daß bei einer solchen Ausbildung der Röhre die Entladung stets χ 5 zwischen der hervorstehenden Kante der Kathode und der Anode einsetzt, wobei die Zündspannung wegen der Schärfe der Kante besonders niedrig ist. Durch Einstellung dieses Zwischenraumes zwischen Kante und Anöde kann man die Zündspannung leicht und reproduzierbar auf den erwünschten Wert einstellen. Nachdem die Entladung eingeleitet ist, bewegt sie sich längs der Seiten des Kathodenvorsprunges und konzentriert sich in den Winkeln zwischen dem Kathodenvorsprung und dem Rest der Kathode. Hierdurch wird ein Wandern der Entladung an der Kathode verhindert, wie es bei den früher bekannten Röhren auftritt, und auf diese Weise die Instabilität vermieden, die bisher das Schwanken der Frequenz bei der Entladung verursacht hat. Die günstigen Eigenschaften einer Röhre gemäß der Erfindung sind jedoch nicht allein durch die neue geometrische Anordnung der Elektrodenröhre bedingt, sondern wesentlich ist auch der Umstand, daß die ganze Innenfläche der Kathode mit einem Metall von geringer Austrittsarbeit ' bedeckt ist. Selbst wenn das Glimmen auf die Fläche in der Nähe des Kathodenvorsprunges beschränkt wird, macht sich der günstige Einfluß des die ganze Innenfläche der Kathode bedeckenden Überzuges bemerkbar. Dies ist wahrscheinlich mit auf die Tatsache zurückzuführen, daß der aktive Stoff unmittelbar jedes Gas beseitigt, das sich während des Betriebes der Röhre !entwickelt hat und auf diese Weise das Gas und den die Entladung tragenden Teil der Kathode in einem Idealzustand erhält.

Abb. ι zeigt die Ansicht einer erfindungs-• gemäßen Röhre.

Abb. 2 ist ein Schnitt längs 2-2 der Abb. 1. Abb. 3 ist ein Schnitt längs 3-3 von Abb. 2. In den Abbildungen ist 1 die Röhre mit dem Quetschfuß 2 und den durch diesen hindurchgehenden Zuführungen 3 und 4. An das innere Ende der Zuführung 3 ist die rohrförmige Anode 5 angeschweißt, die in ihrem Innern ein Magnesiumstück 6 enthält, das bei der Herstellung der Röhre verdampft wird.

Diese Anode besteht zweckmäßig aus nickelplattiertem Eisen, da eine solche Elektrode, sich gezeigt hat, nicht nur leicht durch Hochfrequenzfeld erhitzt, sondern auch :ht von einem etwaigen Oxydüberzug bet werden kann. Die Zuführung 4 ist an 'einen Haltedraht 7 angeschweißt, der seinerseits an die Kathode 8 angeschweißt ist. Die Kathode besteht aus einem zu einem Zylinder zusammengerollten Nickelblech,, das mit einer besonders deutlich auf Abb. 2 erkennbaren Längseinkerbung versehen ist. Länge und Durchmesser des Zylinders betragen etwa je 6 mm, während die Schenkel der Einkerbung etwa 4,5 mm lang sind und angenähert einen rechten Winkel miteinander bilden. Der Scheitel dieser Schenkel wird sorgfältig gegenüber der Anode 5 in einer Entfernung von o,5 bis ι mm festgelegt. Dieser Zwischenraum muß die kleinste Entfernung zwischen Anode und Kathode überhaupt sein, damit nicht an irgendeiner anderen undefinierbaren Stelle eine unkontrollierte Entladung stattfindet. Die ganze Innenseite des Zylinders wird in an sich bekannter Weise mit einem Metall von geringer Austrittsarbeit überzogen; die Außenfläche des Zylinders wird zweckmäßig mit fein verteiltem Aluminium bedeckt, das bekanntlich eine Ausbreitung der Glimmentladung auf die äußere Fläche verhindert und auch nach Erhitzung als gutes Gettermaterial dient, das gasförmige Verunreinigungen in der Röhre beseitigt. '.

.Der Kolben wird mit Gas, zweckmäßig mit einem oder mehreren Edelgasen, gefüllt, etwa einem Gemisch von Neon mit ungefähr 0,40/0 Argon, bei einem Druck von etwa 30 mm Quecksilbersäule, da dieses Gemisch und dieser Druck, wie sich gezeigt hat, 'eine außergewohnlich gute Stabilität und eine niedrige Zündspannung ermöglichen. Die Vergrößerung der Stabilität rührt zum Teil davon her, daß dieses Gasgemisch auf 'eine eigenartige Weise eine gleichförmige Aktivierung der ganzen Kathodenfläche herbeiführt, so daß, sofern mit vollständig durch Glimmlicht bedeckter Kathode gearbeitet wird, das Glimmen gleichmäßig über die ganze Kathode verteilt wird. Dieses hat seinerseits ein einwandfreies Arbeiten der Röhre bei einer Stromänderung zur Folge, ohne die plötzlichen und Undefinierten Änderungen in ihrem Verhalten, die sonst auftreten würden. Wesentlich ist dieser Umstand bei Benutzung der Röhre als Oszillator,- denn obgleich der durchschnittliche Strom beim Arbeiten der Röhre als Oszillator kleiner als 1 mA ist, sind die Scheitelströme doch verhältnismäßig groß, die momentan durch Kondensatorentladung hei dieser Anwendungsart erzeugt werden. Wenn nicht die ganze Oberfläche gleichmäßig

aktiviert ist, treten Wandererscheinungen auf; diese Erscheinungen sind aber durch die vorliegende Erfindung vollkommen beseitigt, so daß man immer einen Ton konstanter "Höhe 'erhält, wenn die Röhren beispielsweise in einem Musikinstrument verwendet werden.' Bei den bevorzugten Herstellungsverfahren wird das Elektrodensystem, wie dargestellt, zusammengebaut und die Kathode auf ihrer

ίο Innenfläche mit einem Gemisch von Barium-

, und Strontiumcarbonat und auf ihrer Außenfläche nötigenfalls unter Zusatz von Nitrocellulose o. dgl. als Bindemittel mit gepulvertem Aluminium überzogen. Dieses System wird dann in den Kolben eingeschmolzen und dieser in einem Ofen ausgepumpt. Darauf werden die Metallteile des Elektrodensystems durch einen Induktionsofen zur Entgasung ausgeheizt und die Kathode dann weiter so hoch erhitzt, daß das Bindemittel und die Carbonate zersetzt werden. Die Anode wird dabei auch erhitzt, jedoch wird das Magnesium 6 wegen seiner · größeren thermischen Kapazität und seiner geringeren Kopplung mit dem durch den Induktionsofen erzeugten Hochfrequenzfeld erst verdampft, nachdem die anderen gasentwickelnden Operationen ausgeführt sind. Das verdampfte Magnesium schlägt sich auf der Innenfläche des Kolbens nieder und bildet so 'eine große Oberfläche, die äußerst wirksam Sauerstoff und andere gasförmige Verunreinigungen absorbiert, die während der darauffolgenden Behandlung und des Betriebes der Röhre entwickelt werden.

Nun wird der Kolben mit dem gewünschten Gasgemisch gefüllt und abgeschmolzen, worauf eine Entladung mit steiler Wellenfront zwischen den Elektroden 5 und 8 erzeugt wird, welche die Erdalkalioxyde auf der Kathodeninnenfläche zersetzt, wodurch dort ein Film von Barium und Strontium erzeugt wird, der fest an der Kathode 8 haftet. Wie oben erwähnt, verhält sich dieser Überzug außergewöhnlich gleichmäßig bezüglich der Austrittsarbeit, wenn er in der bevorzugten Gas·- atmosphäre von Neon und Argon benutzt ist, so daß sich eine solche Röhre in idealer Weise für den beabsichtigten Zweck, etwa als Oszillatorröhre, eignet.

Eine so hergestellte Röhre hat eine Zündspannung von 8 2 Volt und eine die Entladung aufrechterhaltende Spannung von 68 bis 70 Volt. Wichtiger aber ist die Tatsache, daß sich solche Röhren leicht in gleichbleibender Beschaffenheit in Massenfabrikation herstellen lassen. Desgleichen ist das Arbeiten jeder einzelnen Röhre ungewöhnlich stabil. Die Entladung beginnt immer am Scheitel der Kathodeneinkerbung bei derselben Spannung, breitet sich dann längs der Seiten dieser Einkerbung aus und konzentriert sich in den Ecken zwischen den Seiten der Einkerbung und dem Rest des die Kathode bildenden . Zylinders. Infolge dieser Stabilität der Glimm ■ entladung ist die Frequenz einer 'solchen Röhre in Oszillatorschaltungen absolut konstant. Vorteilhaft ist es auch, wenn der Querschnitt der Anode nicht kreisförmig, sondern oval ist. So ist z. B. ein breitgequetsehter Stab (Flachstab) oder ein Rundstab, der nur am oberen Ende eine solche Quetschung hat, sehr gut geeignet. Die Stellung einer in Form eines Flachstabes ausgebildeten Anode gegenüber der Kathodeneinkerbung wird dann so gewählt, daß der Flachstab in einer Ebene senkrecht zur Basisfläche des von der Kerbe definierten dreiseitigen Prismas verläuft und seine Schmalseite der Anode auf die Einkerbung hinweist.

Im allgemeinen wird die Röhre ohne Sockel verwendet, da es sich gezeigt hat, daß die üblichen Sockel einen veränderlichen Isolationswiderstand haben, der das Arbeiten der Röhre ungünstig beeinträchtigt.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Glimmentladungsröhre, insbesondere für elektroakustische Zwecke, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen go zylindrische, auf ihrer ganzen Innenfläche mit einem Metall mit sehr geringer Austrittsarbeit, z. B. Barium oder Strontium, überzogene Kathode eine keilförmige, mit der scharfen Kante nach innen weisende Längseinkerbung besitzt und die Anode innerhalb dieses Zylinders der Kante gegenüber angeordnet ist.

2. Glimmentladungsröhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Flankenflächen der Längskerbe einen Winkel von etwa 90⁰ einschließen.

3. Glimmentladungsröhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode die Form eines Flachstabes besitzt, der eine Schmalfläche der Kerbkante zukehrt und in einer Ebene senkrecht zur Basisfläche des von der Kerbe definierten dreiseitigen Prismas verläuft.

4. Glimmentladungsröhre nach An-Spruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode aus einem Runddraht mit flachgequetschtem Ende besteht.

5. Glimmentladungsröhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche der Kathode mit einem ge-' eigneten Getterstoff, vorzugsweise mit Aluminium, überzogen ist.

6. Glimmentladungsröhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode in einem Hohlraum einen Getterstoff enthält.

7· Glimmentladungsröhre nach. Anspruch ι, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand Anode—Kerbkante kleiner ist als alle anderen Abstände der Anode von der Kathode und vorzugsweise zwischen 0,5 und ι mm beträgt.

8. Glimmentladungsröhre nach Anspruch, ι oder folgenden, dadurch gekennzeichnet,, daß die Röhre mit einem Gemisch von Neon mit etwa 0,40/0 Argon mit einem Gesamtdruck von etwa 30 Torr (ι Torr = ι mnvHg-Säule) gefüllt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichaungen