DE687087C

DE687087C - Electric gas or vapor discharge vessel

Info

Publication number: DE687087C
Application number: DE1937S0129310
Authority: DE
Inventors: Dr Alfred Puetzer
Original assignee: Siemens and Halske AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens and Halske AG; Siemens Corp
Priority date: 1937-10-29
Filing date: 1937-10-29
Publication date: 1940-01-22

Description

Elektrisches Gas-' oder Dampfentladungsgefäß Die a orliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Entladungsgefäß mit Gas- oder Dampffüllung und mit einer direkt beheizten Oxydglühkathode. Bei Bau von Glühkathoden für derartige Röhren mußte der Konstrukteur auf verschiedene Forderungen Rücksicht nehmen. Ebenso wie bei Hochvakuumröhren wird ja auch bei gasgefüllten Entladungsgefäßen eine große Lebensdauer angestrebt. Die Kathode muß daher entsprechend ausgebildet werden, daß sie nicht zu rasch ihre Emissionsfähigkeit, beispielsweise durch Loslösung der emissionsfähigen Stoffe, verliert. Ferner wird von einer Kathode für Gasentladungsröhren eine kleine Anheizzeit gefordert.Electric gas or vapor discharge vessel The present invention relates to an electrical discharge vessel with gas or vapor filling and with a directly heated oxide incandescent cathode. When building hot cathodes for such tubes the designer had to take various requirements into account. As well as in the case of high vacuum tubes there is a large one even with gas-filled discharge vessels Aimed for service life. The cathode must therefore be designed so that they do not lose their emissivity too quickly, for example by detaching the emissivable Fabrics, loses. Furthermore, a cathode for gas discharge tubes becomes a small one Heating-up time required.

Die erste Forderung erfüllen am besten die Hohlkathoden oder Kathoden mit großer Oberfläche. Diese Kathoden sind in der Regel indirekt geheizt. Die Anheizzeit ist verhältnismäßig groß, was im Betrieb von Entladungsgefäßen als Nachteil empfunden wird. Hingegen ist bei den Hohlkathoden der Schutz der emissionsfähigen Schicht vor der Ablösung vom Träger durch schnelle Ionen ein sehr guter. Die zur Raumladungsaufhebung erforderlichen Ionen können im wesentlichen nur durch die Diffusion in den feldfreien Innenraum der Hohlkathode gelangen. Die Geschwindigkeit, mit welcher sie auf die emissionsfähige Schicht auftreffen, ist daher nur gering. Außerdem -gelangen Teile der Schicht, welche sich von einer Stelle der Kathodenoberfläche ablösen, wieder auf andere Flächenteile der Kathode. Die zweitgenannte Förderung einer kleinen Anheizzeit erfüllen am besten die direkt geheizten Kathoden; doch diese zeigen wieder den Nachteil, daß sehr leicht die emissionsfähige Schicht abbröckeln und dadurch die Lebensdauer verkürzt werden kann.The first requirement is best met by the hollow cathodes or cathodes with a large surface. These cathodes are usually heated indirectly. The heating-up time is relatively large, which is perceived as a disadvantage in the operation of discharge vessels will. In the case of hollow cathodes, on the other hand, protection is provided by the emissive layer before detachment from the carrier by fast ions, a very good one. The space charge suspension Required ions can essentially only through the diffusion in the field-free Get inside the hollow cathode. The speed at which they hit the The emissive layer hit is therefore only slight. In addition, parts get there the layer, which is peeling off from a point on the cathode surface, again to others Surface parts of the cathode. The second-named promotion A short heating-up time is best achieved by directly heated cathodes; but these again show the disadvantage that the emissive layer crumbles off very easily and thereby the service life can be shortened.

Die Erfindung betrifft ein Gas- oder.Dampfentladungsgefäß mit einer direkt geheizten Oxydkathode, welche die beiden oben ausgesprochenen Forderungen gleichzeitig erfüllt und außerdem einen sehr einfachen Aufbau zeigt. Erfindungsgemäß besteht bei einem solchen Entladungsgefäß die Oxydkathode aus einem vorzugsweise aus dünnem Blech hergestellten, an seinen beiden Enden mit je einer Stromzuführung versehenen Metallrohr, welches einseitig eine über den ganzen wirksamen Kathodenteil reichenden Längsschlitz für den Durchtritt der Entladung in sein Inneres aufweist und dessen innere Oberfläche mit elektronenaktivem Stoff überzogen ist. Das Kathodenrohr kann z. B. durch Biegen eines Bleches über einen Dorn hergestellt werden. Die Innenseite des Rohres wird voreilhaft aufgerauht, um ein besseres Haften der Oxydschicht zu ermöglichen. Die Außenseite des Kathodenrohres wird zweckmäßig blank poliert, um eine geringe Abstrahlung der Wärme zu erhalten. Die Kathode wird vorteilhafterweise so in das Entladungsgefäß eingebaut, daß die schlitzförmige Öffnung von der Anode abgewandt ist.The invention relates to a gas or vapor discharge vessel with a directly heated oxide cathode, which fulfills the two requirements outlined above fulfilled at the same time and also shows a very simple structure. According to the invention In the case of such a discharge vessel, the oxide cathode preferably consists of one made of thin sheet metal, each with a power supply at both ends provided metal tube, which one side over the entire effective cathode part has reaching longitudinal slot for the passage of the discharge into its interior and the inner surface of which is coated with an electron active substance. The cathode tube can e.g. B. be made by bending a sheet over a mandrel. The inside the pipe is prematurely roughened in order to better adhere the oxide layer enable. The outside of the cathode tube is expediently polished to a bright finish to obtain a low level of heat radiation. The cathode is advantageously Installed in the discharge vessel in such a way that the slit-shaped opening from the anode is turned away.

Durch diese Anordnung wird dasselbe erreicht wie bei den bekannten Hohlkathoden, daß nämlich die schnellen Ionen nur die Außenseite des geschlitzten Rohres treffen, nicht aber die aktive Schicht, und daß die zur Raumladungsaufhebung erforderlichen Ionen im wesentlichen nur durch die Diffusion in das Rohrinnere kommen, also keine große Geschwindigkeit besitzen. Es ist vorteilhaft, den Durchmesser des Kathodenrohres größer als die mittlere freie Elektronenweglänge zu wählen; doch ist die Einhaltung dieser Bedingung nicht unbedingt erforderlich, da die Ionen keine stark bevorzugte Einfallsrichtung besitzen. Auch die praktischen Versuchsergebnisse lassen darauf schließen, daß diese Bedingung nicht so unbedingt eingehalten werden muß.This arrangement achieves the same as with the known ones Hollow cathodes, namely that the fast ions are only the outside of the slotted Rohres hit, but not the active layer, and that for space charge cancellation required ions essentially only come into the pipe interior through diffusion, so do not have great speed. It is beneficial to measure the diameter of the To choose cathode tube larger than the mean free electron path length; but Compliance with this condition is not absolutely necessary, as the ions do not have a strongly preferred direction of incidence. Also the practical test results suggest that this condition is not so strictly adhered to got to.

Eine Röhre nach der Erfindung besitzt aber auch noch den Vorteil einer sehr geringen Anheizzeit der Kathode. Ein dünnwandiges geschlitztes Rohr, welches direkt vom Heizstrome durchflossen wird, heizt sich sehr rasch auf, denn die Wärmekapazität ist infolge der geringen Masse nur klein, und auch sonst tritt keine Verzögerung im Erreichen der Temperatur ein, wie es bei indirekt geheizten Kathoden der Fall ist, bei welchen die Emissionsschicht erst durch Wärmeleitung oder Wärmestrahlung vom Heizkörper her erhitzt werden muß. Die neue Kathode vereinigt also die Vorteile der direkt geheizten Kathoden; nämlich den der kleinen Anheizzeit, mit dem typischen Vorteil der Hohlkathoden, nämlich des Schutzes der aktiven Schicht vor schnellen Ionen.A tube according to the invention also has the advantage of a very short heating time of the cathode. A thin-walled slotted tube, which is flowed through directly by the heating current, heats up very quickly, because the heat capacity is only small due to its low mass, and there is no other delay either when the temperature is reached, as is the case with indirectly heated cathodes is, in which the emission layer only through thermal conduction or thermal radiation must be heated by the radiator. The new cathode thus combines the advantages the directly heated cathodes; namely that of the short heating-up time, with the typical The advantage of the hollow cathode, namely the protection of the active layer from rapid Ions.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist in der Konstanz der elektrischen Eigenschaften der Glühkathode zu sehen. Einerseits wird ja der Abbau der emissionsfähigen Schicht verhindert und somit die gewünschte Emissionsfähigkeit ständig aufrechterhalten. Ferner wird auch die für eine bestimmte Emission notwendige Heizleistung nicht dadurch geändert, daß die emissionsfähige Schicht im Laufe des Betriebes Änderungen unterworfen ist und das Teilstrahlungsvermögen von Teilen der aktiven Mässe Schwankungen zeigt; denn da die Kathode, soweit sie mit aktiver Masse belegt ist, die Eigenschaften eines schwarzen Körpers aufweist, ist die Gesamtwärmestrahlung von dein Teilstrahlungsvermögen der aktiven Masse unabhängig. Darin ist aber ein großer Vorteil zu sehen, da während der ganzen Betriebsdauer bei gleicher Heizleistung dieselbe Kathodentemperatur aufrechterhalten wird, was bei den anderen bekannten direkt geheizten Kathoden nicht der Fall ist.- Für den Röhrenkonstrukteur tritt noch die Annehmlichkeit hinzu, daß eine sehr exakte Temperaturmessung möglich ist, was für den Bau und die Untersuchung von Röhren einen nicht zu unterschätzenden Vorteil bedeutet.Another advantage of the invention is the constancy of the electrical Properties of the hot cathode can be seen. On the one hand, there will be the reduction of those that can be emitted Layer prevented and thus constantly maintaining the desired emissivity. Furthermore, the heating power required for a specific emission is not thereby either changed so that the emissive layer is subject to changes in the course of operation and the partial emissivity of parts of the active quantity shows fluctuations; because the cathode, as far as it is covered with active mass, the properties of a black body, is the total heat radiation from your partial radiation capacity independent of the active mass. But there is a great advantage to be seen in this, since during Maintain the same cathode temperature for the entire operating time with the same heating power which is not the case with the other known directly heated cathodes. For the tube designer there is the added convenience that a very precise Temperature measurement is possible, which is essential for the construction and investigation of tubes Means an advantage that should not be underestimated.

Bei Entladungsröhren nach der Erfindung, welche am Röhrengrunde ein verdampfbares Metall, z. B. Quecksilber, besitzen; ist die Anordnung der Kathode mit nach unten gerichtetem Schlitz besonders günstig, da die ausstrahlende Wärme in der Hauptsache nach dem Kathodenmetall zu gerichtet ist, wodurch eine schnellere Verdampfung des Quecksilbers herbeigeführt wird. Die Anode andererseits ist bei dieser Anordnung vor übermäßiger Anstrahlung durch die Kathode geschützt. Die etwa doch aus dem Schlitz gelegentlich heraustretenden Verdampfungsprodukte der aktiven Schicht können nicht auf die Anode treffen und damit Anlaß zu Rückzündungen geben.In the case of discharge tubes according to the invention, which are at the bottom of the tube vaporizable metal, e.g. B. mercury, possess; is the arrangement of the cathode with the slit pointing downwards, it is particularly favorable because of the radiating heat is mainly directed towards the cathode metal, which results in a faster Evaporation of the mercury is brought about. The anode, on the other hand, is at this arrangement is protected from excessive radiation from the cathode. The approximately but evaporation products of the active ones that occasionally emerge from the slot The layer cannot hit the anode and thus give rise to re-ignition.

Die sogenannte Kaltzündfestigkeit der Kathode ist :eine sehr große; denn der emissionsfähige Belag ist vor dem Abbau gut geschützt, und Fackelbildung kann nur schwer auftreten. Tritt sie doch auf, wird im allgemeinen das sich loslösende Kathodenmaterial durch die krummen Wände wieder abgefangen.The so-called cold ignition resistance of the cathode is: a very high one; because the emissive pavement is well protected from degradation and flare formation can be difficult to occur. If it does occur, it will generally be what is detaching itself Cathode material is caught again by the curved walls.

Als Baustoff für den Kathodenkörper verwendet man vorteilhafterweise Nickel. Die Entgasung ist gegenüber außen gastierten geschlossenen Rohren wesentlich leichter möglich; ebenso macht auch die Montage keine besonderen Schwierigkeiten.The building material for the cathode body is advantageously used Nickel. the Degassing is closed to the outside gassed Pipes much easier possible; Likewise, the assembly does not make any special Trouble.

Durch die Figuren wird die Erfindung veranschaulicht. Fig. i zeigt eine Ansicht der Kathode einer Röhre nach der Erfindung von unten. Das geschlitzte Rohr i, dessen Schlitz 2 vorteilhaft von der (nicht gezeichneten) Anode weggerichtet ist, wird von den beiden massiven Halte- und Stromzuführungsdrähten 3 und q. getragen, auf die es aufgeschoben und mit denen es zweckmäßigerweise verschweißt ist. Die innere Oberfläche des Rohres i ist mit emissionsfähiger Masse belegt.The invention is illustrated by the figures. Fig. I shows a view of the cathode of a tube according to the invention from below. The slotted Tube i, the slot 2 of which is advantageously directed away from the anode (not shown) is, is of the two massive holding and power supply wires 3 and q. carried, on which it is pushed and with which it is expediently welded. the inner surface of the pipe i is covered with emissive material.

Fig.2 zeigt schematisch die Anordnung der Kathode innerhalb der Entladungsröhre. Man erkennt deutlich die Anordnung der Kathode 5 gegenüber der Anode 6 bzw. dem Steuergitter 7 und dem Quecksilbervorrat B. Eine weitere sehr vorteilhafte Ausführungsform einer Röhre nach der Erfindung zeigt Fig. 3. Bei der Anordnung nach dieser Figur arbeitet die Kathode g mit zwei Anoden io und r i zusammen. Man kann sich hier die sonst oftmals notwendigen Kathodenschirme ersparen, ein Vorteil, der in gleicher Weise auch für einanodige Entladungsgefäße, beispielsweise für Hochspannungsgleichrichter, gilt.2 shows schematically the arrangement of the cathode within the discharge tube. The arrangement of the cathode 5 relative to the anode 6 or the can clearly be seen Control grid 7 and the mercury supply B. Another very advantageous embodiment a tube according to the invention is shown in FIG. 3. In the arrangement according to this figure the cathode g works together with two anodes io and r i. You can get the Eliminate the need for cathode screens, which is an advantage in the same way Way also for single-anode discharge vessels, for example for high-voltage rectifiers, is applicable.

Die Form des Kathodenkörpers muß natürlich nicht eine gestreckte sein wie in den dargestellten Ausführungsbeispielen, es ist vielmehr ebenso gut möglich, dem Kathodenkörper Spiralen- oder Mäanderform bzw. eine andere entsprechende Gestalt zu geben. Auch in die Form bifilarer Wendeln gebrachte sowie 1/- und W-förmig gestaltete Kathodenrohre lassen sich für Röhren gemäß der Erfindung verwenden, wobei die Lage des Schlitzes relativ zu den übrigen Elektroden im Sinne des vorher Gesagten gewählt werden kann. Der Ohmsche Widerstand des Kathodenkörpers läßt sich durch entsprechende Parallel-oder Hintereinanderschaltung einzelner rohrförmiger Kathodenteile beherrschen.Of course, the shape of the cathode body does not have to be an elongated one as in the illustrated embodiments, it is just as well possible the cathode body spiral or meander shape or another corresponding shape admit. Also brought into the form of bifilar spirals as well as 1 / - and W-shaped Cathode tubes can be used for tubes according to the invention, the location of the slot is selected relative to the other electrodes in the sense of what has been said above can be. The ohmic resistance of the cathode body can be determined by appropriate Master the parallel or series connection of individual tubular cathode parts.

Es ist bereits, worauf noch hingewiesen werden soll, eine gas- oder dampfgefüllte Entladungsröhre bekannt, deren Kathode aus einem direkt beheizten, an seinen beiden Enden mit Stromzuführungen versehenen Metallrohr besteht. Die Kathode weist auch eine Öffnung für den Eintritt der Entladung in das Rohrinnere auf. Im Gegensatz zu der Erfindung muß bei dieser bekannten Entladungsröhre die Kathodenöffnung aber sehr klein sein, da bei der bekannten Röhre im Kathodeninneren betriebsmäßig ein gegenüber dem anderen Teile der Entladungsröhre wesentlich erhöhter Gasdruck herrschen soll. Der hohe Gasdruck im Kathodeninneren soll eine starke Gasionisation im Kathodeninneren zur Folge haben. Ein Unterschied zwischen der Erfindung und dem Bekannten besteht ferner darin, daß die Kathode der bekannten Röhre nicht aktivisiert ist. überhaupt kommt es bei der bekannten Röhre nicht darauf an, eine hohe Elektronenemission der Kathodenwände zu erzielen,. sondern nur darauf, auf thermischem, mechanischem und elektrischem Wege eine starke Gasionisation im Kathodeninneren zu erhalten. Das ionisierte Gas ist dann gewissermaßen die Kathode der Röhre. Nach allem sind also die bei Röhren nach der Erfindung und die bei der bekannten Röhre benutzten Kathoden in bezug auf Arbeitsweise und Aufbau verschieden voneinander. Die Röhre nach der Erfindung hat der bekannten Röhre gegenüber den Vorteil größerer Ergiebigkeit der Kathode. Die Kathode von Röhren nach der Erfindung kann beliebig lang gemacht werden. Zu jeder Stelle ihrer inneren Oberfläche hat die Entladung leicht Zutritt.It is already, as should be pointed out, a gas or vapor-filled discharge tube known, the cathode of which consists of a directly heated, there is a metal tube provided with power leads at both ends. The cathode also has an opening for the discharge to enter the tube interior. in the In contrast to the invention, the cathode opening must be used in this known discharge tube but be very small, since operationally in the known tube inside the cathode a significantly higher gas pressure than the other part of the discharge tube should rule. The high gas pressure inside the cathode is said to cause strong gas ionization inside the cathode. A difference between the invention and that Also known is that the cathode of the known tube is not activated is. In general, it is not important with the known tube, a high electron emission to achieve the cathode walls. but only on thermal, mechanical and electrical way to get a strong gas ionization inside the cathode. The ionized gas is then, so to speak, the cathode of the tube. After all, are thus those used in tubes according to the invention and those used in the known tube Cathodes are different from each other in terms of operation and structure. The tube According to the invention, the known tube has the advantage of greater yield compared to the known tube the cathode. The cathode of tubes according to the invention can be made as long as desired will. The discharge has easy access to every point on its inner surface.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Electric gas or vapor discharge vessel with directly heated hollow oxide cathode, which is preferably made of thin sheet metal manufactured, each provided with a power supply at both ends of the metal tube consists, which unilaterally extends over the entire effective cathode part Has longitudinal slot for the passage of the discharge and its inner surface is coated with electron-active substance.

2. Discharge vessel according to claim i, characterized characterized in that in the ends of the cathode tube for the purpose of power supply and bracket, solid wires inserted and firmly connected to the pipe ends, are preferably welded.

3. Discharge vessel according to claim i and 2, characterized characterized in that the cathode tube is made of nickel. d ..

Discharge vessel after Claims i to 3, characterized in that the diameter of the cathode tube is greater than the mean electron free path at the given gas pressure.

5. Discharge vessel according to claim i to q., Characterized in that for the purpose of better Adhesion of the oxide mass the inner surface of the cathode tube is roughened.

6. Discharge vessel according to claims i to 5, characterized in that the slot in the cathode body facing away from the anode. Discharge vessel according to Claims i to 6 with a supply of vaporizable metal, characterized in that; that the slot irin the cathode body is directed towards this supply. B. Method of Manufacture the cathode of a discharge vessel according to claims i to 7, characterized in that Sat the cathode tube is made from sheet metal by bending it over a mandrel.