-
Vorrichtung mit einer Glühkathodenstromrichterröhre mit einer Gas-
und/oder Dampffüllung Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung mit einer Glühkathoclenstromrichtorröhre
mit einer Gas- und/oder Dampffüllung, deren Entladungsbahn zwischen der Kathode
und der Anode von den Kraftlinien eines Magnetfeldes geschnitten wird, dessen Feldstärke
derart ewählt ist, daß weni-9 C
stens annähernd der Mindestwert der Bogenspannung
der Röhre als Funktion di,-ser Feldstärke erhalten wird.
-
Es ist bereits bekannt, die Stärke des Magnetfeldes auf die oben hieschriei"
ene We-..#ie zu wählen. So gab es schon verschiedene Aufstellungen dieser Art, z.
B. nach der britischen Patentschrift 396 928 und nach der Veröffentlichung
von T. Jurriaanse in »Physica« IV, Nr. i, Januar 1937, S. 23, 24. Hierbei
traten aber Nachteile auf, wie z. B. eine verhältnismäßig hohe Bogenspannung, infolge
der Tatsache, daß die Aufstellung der Magnetpole in bezug auf die Entladungsbahn
zwischen der Kath-ode und der Anode nicht günstig gewählt war. Hierdurch wurde die
Lebensdauer der Röhre infolge der Kathodenzerstäubung beeinträchtigt.
-
Die vorliegende Erfindung hat den Zweck, die Lebensdauer der Röhre
in bezug- auf die be,-stehenden Bauarten unter Beibchaltung eines großen Sperrvermögens
beträchtlich zu erhöhen, und zwar insbesondere durch eine weitere Herabsetzung der
Bogenspannung. Bei der Bemiessung der Elektrodenaufstellung
werden
hierbei Eaktoren herücksichtigt, denen man bisher keine Rechnung getragen hatte.
-
Zu diesem Zweck werden erfindungsgemäß die Bauart und die Aufstellung
der Röhre und das Magnetfeld derart gewählt, daß die Anode außer-halb des
Teilles :des Magnetfeldes, Üas die rende Oberfläche der vorzugsweise symmetrisch
in der Achsedes Feldes angeordneten Kathode schneidet, aufgestellt ist undeinen
Sektor von wenigstens 120, [eines flachen oder zyl:#idxis#clien, das Abgnetfeld
koaxial umgehenden Ringes bildet, während die magnetische Feldstärke an der wirksamen
Oberfläche, der Anode vorzugsweise weniger als 5 Gauß beträgt. In ieiner
solchen Aufstellung wird die Entladung zu einem Bündel üi Richtung des ungefähr
die Querabmessungen der Kathode besitzenden Magnetfieldes konzentriert, während
das Licht im übrigen Teil des Entladungsg'efäßies schwach ist. Die Anode liegt außerhalb
des stark leuchtenden Teiles der Entladung. Dieses und jienes hat zur Folge, daß
das Sperrvermögen der Röhre infolge der Aufstellung der Anode außerhalb des Magnetfieldes
hoch bleibt und infolge der Entladungswege von weiten Querschnitten und geringer
Länge, die sich infolge -der Aufstellung der Anode zwischen letzterer und der Kathode
bilden können, eine niedrige Bogenspannung erhalben wird.
-
Bei den der Erfindung zugrunde liegenden Versuchen hat sich ergeben,
daß durch die obenerwähnte Auf-stellmg der Kathode und der Anode Bogenspannungswerte
erzIelt werden können, die etwa der Ionisierungsspannung der inneren Atmosphä-re
der Röhre entsprechen bei Drücken, die z. B. für Quecksilberdampf bis in das Gebiet
von i o-8,rnm Hg heruntergehen.
-
Insbesondere ist ies dabei möglich, durch eine richtige Wahl der Feldstärke,
der Bemessung der Aufstellung. der Anode und der Aufst#--Ibmg der eimittierenden
Oberfläche der Kathode, eine Katho# e von etwa gleicher Größe und Lebensdauer zu
verwenden als ies ohne Magnetfeld nur bei einern, beträchtlich höheren Druck möglich
wäre. Vorzugsweise wird man eine Kathode mit großer Oberfläche verwenden, deren
Höchstdurchmesser nahezu senkrecht zu, &n Kraftlinien des Magnetfeldes steht.
-
Es ist bekannt, ein Magnetfield in der Längsachse einer zylindrischen
Anode anzubringen, in der sich kaaxial leine gerade ausgesp.-umte drahtförmige Glübkathode,
befindet. Diese Bauart hat den Zweck, die Stromstärke der Entladung mittels eines
transversalen Magnetfeldes zu ändern und auf Null herabzustetzen, wobei von der
Erzielung einer Bogenspannungserniedrigung und noch weniger eines Bügenspannungsgrenzwertes
keine Rede ist. Auch die Aufstellung der drahtförmigen Kathode. ist für die
Erhaltung des Effektes der Erfindung ungeeignet.
-
Bei der Anwendung des Prinzips der Erfindung empfiehlt es sich, fÜr
die Erregung des Magnetfeldes scharf beg'nenzte Polkörper zu, verwenden, da diese
im Gegensatz zu der bei der Erregung ödes Feldes, z. B. von einem Solenoid,
- auftretenden Erscheinung, die Möglichkeit bieten, innerhalb des Entladungsgefäßes
einie verhältnismäßig scharfe Begrenzung des Teiles des Feldes mit größerer Feldstärke,
in bezug auf die verhältnismäßig feldfreien Teile des Entladungsraumes zu erhalten.
-
Einerseits besteht die Möglichkeit, das die Kathode umgebende Magnetfeld
von Blöcken aus permanentmagnetischem Material zu bilden, die zu beiden Seiten,
der Kathode, vorzugsweise innerhalb des Entladungsgefäßes der Röhre, aufgestellt
sind.
-
In diesem Eall. ist es möglich, auf besonders günstige Weisie die
Stelle zu bestimmen, wo sich die Anode in teinem, möglichst schwachen Magn-etfeld,
befindet. Wenn nämlich die magnetischen Kraftlinien der von der Kathode abgekehrten
Seite das einen Magnietblocks längs der Außenseite zu der entsprechenden Sieite
des anderen Magnetblocks zurückkehren, ist die Richtung der Kraftlinilen in bezug
auf die Achse des Magnetfeldes umgekehrt. Zwischen diesen beiden Gebieten entgegengesetzter
Feldrichtung befindet sich in einem bestimmten Abstand von der Achse ein ringförmiges
G#ebiet, in dem die Feldstärke Null ist, während diese nach außen in einer Richtung
und nach innen in der anderen Richtung zunimmt, um in der Achse des Magnetfeldes
den Höchstwert zu erreichen.
-
Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, diesem Umstand dadurch Rechnung
zu tragen, daß bei der Verwendung der üben beschriebenen Blöcke aus permanentmagnetischem
Material die Polstärke, der gegenseitige Abstand der Blöcke und die Ab-
messungen
der Anode(n) derart einander angepaßt werden, daß die Anode in das fragliche,
nahezu feldfreie ringförmige Gebiet fällt, das sich zwische#i den -obenerwähnten
magnetischen Kraftlinien entgegengesetzter Vorzeichen befindet.
-
Eine besonders günstige Ausführungsforra dieses Gedankens wird erhalten,
wenn man die Aufstellung derart wählt, daß ieine hufieisienförn-iige oder ringförmige
-flache Anode mit ihrer Fläche senkrecht zu der Achse, des Magnetfeldes und in der
Symnietriefläche zwischen den permanentmagnetischen Blöcken aufgestellt ist, in
welcher Fläche die Kathode zentral aufgestellt ist, und der mittlere Abstand zwischen
der Achse des Feldes und den verschiedenen Punkten der wirksamen Oberfläche der
Anode das 1"'2--fach#e dies halben Abstandes zwischen den permanentmagnietischen
Blöcken beträgt.
-
Ein anderes Verfahren zum Herabsetzen der magnetischen Feldstärke
in der Nähe der Anode folgt dementgegengesetzten Weg dadurch, Uaß man die magnetischen
Kraftlinien gerade durch das Material der Anode selbst verlaufen läßt, so daß der
EntlaUungsraum in der Nähe der Anode nicht mehr von diesen Kraftlinien durchlaufen
wird. Zu, diesiem Zweck kann man die Anode, die gegebenenfalls,cliie Wand der Röhre
bilden kann, als äußere magnetische Verbindung der von der Kathode abgekehrten Pole
der Blöcke aus pe#rmanentmagnetischem Material verwenden, vorzugsweise derart, daß
keine nennenswerte magnetische
Feldstärke längs der wirksamen Oberfläche
der Anodeauftritt.
-
Es ist aber auch möglich, außerhalb des Entladungsgefäßes der Röhre
-Einsen perinanenten oder einen erre-ten Magnet anzuordnen" dessen Polschuhe betrachtlich
kleinier als der Querschnitt des Entladungsgefäßes sind und die zu beiden Seiten
dessielben in Flucht mit der Kathode angebracht sind.
-
In allen diesen Fällen ist es zweckmäßig, die Magnetkörper bzw. die
Pole kleiner als die größte Projektion der Kathode in ihrer Richtung zu gestalten.
-
Vielfach ist es auch möglich, die Feldstärke in der Nähe der Anode(n)
dadurch niedrig zu halten, daß diese aus einem nichtniagnetischen Material angefertigt
werden, so daß sie die magnetischen Kraftlinien nicht anziehen. Das gleiche Ergebnis
wird erhalten, wenn die Anode aus einem Material angefertigt ist, das bei der Betriebstemperatur
der Röhre nichtmal-netisch ist.
-
Im Zusammenhang mit der Belastbarkeit der Röhre und der Erhaltung
einer niedrigen Bogeln.-spannung ist ;es erwünscht, daß die wirksame Oberfläche
der Anode in bezug auf die Querabmessungen des Magnetfeldes (oder des Magnetpols)
und der Kathode nicht zu klein ist. Eine 'genügend 'i" roße Oberfläche der Anode
ist als vorhanden zu be-
trachten, wenn die- Breite der wirksamen Oberfläche
der Anode größer als die kleinste Abni#essung des Querschnittes des Magnetpols ist.
-
Es ist vorteilhaft, zu beiden Seiten der Kathode leitende Körper,
z. B. Platten-, quer zu den magnetischen Kraftlinien anzuordnen und die Anode(n)
ringförmig -und symmetrisch in bezug auf diesei Achse um die Kathode aufzustellen,
wobei diese Begrenzungskörper wenigstens die Projektion der Kathode in der Kraftlinienrichtung
abd,-cken und vorzugsweise in einem solchen. gegenseitigen Abstand auf- ,gestellt
sind, daß nahezu der Mindestwert der Bogenspannung als Funktion dieses
Ab-
standes -erhalten wird. Bei den der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden
Versuchen hat sich nämlich ergeben, daß diese Funktion ein Minimum aufweist. Untier
im übrigen gleichen Verhältnissen steigt die Bogenspannung ebenso gut bei einem
zu .t, «roßen Abstand zwischen den Polkörpern des Ma-netfeldes, wie ter entsteht
wenn die Begrenzungskörper zu weit voneinander entfernt sind, nie auch bei einer
zu kleinen Abmessung des Entladungsraumes in Richtung des Magnetfeldes, wie sie
bei einem zu geringen Abstand der Begrenzungsköi:per vorhanden ist.
-
Vorstehendes kann auf besonders vorteilhafte Weise dadurch berücksichtigt
werden, daß die in der Röhre vorhandenen Polkörper oder Polschulie, die zu beiden
Seiten. der Kathode aufgestellt sind" als Begrenzungskörper verwendet werden, wobei
es vorteilhaft ist, die Begrenzungskörper am Kathodienpotential anzulegen oder an
ein Potential, das höchstens einige ioVolt negativ oder einige Volt positiv in bezug
auf die Kathode ist. Letzteres liat in manchen Fällen den Vorteil, daß die Bogenspannung
in der Durchlaßrichtung noch weit-er ermäßigt wird.
-
.Es ist zweckmäßig "" die Ariode(n) und die Kathode dur-ch einen im
Innern der Anode(n) aufgestellten Schirm voneinander zu trennen, vorzugsweisie ;derart,
daß alle geraden Linien, die zwischen beliebigen Punkten der wirksamen Oberfläche
der Kathode einerseits und Punkten der Oberfläche der Anode anderseits gezogen werden
können, den Schirm schneiden. Es - ist hierdurch möglich, das Sperrvermögen
der Röhre in starkem Maße dadurch zu erhöhen, daß verhindert wird, daß von der Kathode
herrührende Teilchen die Anode längs einer geradliniggen Bahn erreichen.
-
,Es ist diese Abschirmung zwischen der Anode und der Kathode aus nichtmagnetischem
Material anzufertigen oder wenigstens auseinem magnetischen Material, das bei der
Betriebstemperatur infolge der Würmeentwicklung der Kathode auf eine oberhalb des
Curiepunktes liegende Temperatur gebracht wird.
-
Eine besonders günstige Bauart der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird
erhalten, wenn die inneren Teile der Röhre, zwischen denen ein großer Spannungsunterschied,
z. B. die Spierrsp,aninung der Röhre, auftreten kann, derart aufgestellt sind, daß
die Länge der freien elektrostatischen Kraftlinienwege zwischen diesen Teilten nicht
miehr als etwa die mittlere freie Weglänge der Elektronen bibi dem Betriebsdruck
der Röhre beträgt. Hierdurch hat man immer die Sicherheit, daß der pd-Wert
für die Entladungsbahn zwischen der Anode tind der Kathode einem Punkt der Durchschlagskurve
von Paschen entspricht, der links vom Minimum gelegen ist. Bekanntlich erzielt man
hierbei eine höhere Sperrspannung bei Abnahine des Elektrodenab,standes, was zu
der Kompaktheit der Bauart beiträgt.
-
Bei der Ausarbeitung des Vorstehenden ist es voirteilhaft, eine oder
mehrere Anoden hohlzylinderförrnig rings um chic Kathode und koaxial in bezug t>
ZD auf das Magnetfeld anzuordnen und diese gemeinsam mit den Begrenzungskörpern,
in die zu beiden Seiten der Kathode Blöcke aus magnetischem Material aufgenommen
sind, eine dosenförmige Ab-
schirmung bilden zu lassen -, innerhalb deren,
symmetrisch in bezug auf den Entladungsraum, sich die radial in bezug auf die Anode(n)
abgeschirmte Kathode befindet, wobei dieser Raum zu beiden Seiten in der Feldrichtung
von ebenen Flächen begrenzt wird-, von denen die Vorderflächen der Magnetblöcke
einen Teil bilden. Diese Bauart bietet den Vorteil, daß ein sehr kompakter Ent-Iadungsraum
erhalten wird, der allseitig von glatten Oberfläc1-ten begrenzt werden kann, und
die Bildung freier elektrostatischer Kraftlinienwege von übermäßig großer Länge
durch die dosenförinige Art des Gebildes von Schirmen und Anode(11) im voraus
vermieden -"#ird.
-
Wenn die Kathode auf eine der oben bieschriebenen Weisen durch einen
Schirm von der Anode getren nt wird, ist es vorteilhaft, diesen Schirm vorzugsweisje
gemeinsam mit den Begrenzungskörpern Z,
als Steuevorgan für
den Durchgang der Entladung auszubilden.
-
Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbieispiele
näher er. läutert.
-
Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen Bauarten von Röhren zur Verwendung
in erfindungsgemäßen Vorrichtungen. Fig. i zeigt schematisch eine Stromrichteriöhre
mit einem Entladungsgefäß i, einer Glühkathode 2 und einer Anode 3, die an
den Punkten 4, 5 und 6
vakuurndicht nach außen geführt sind. Außerhalb
der Röhre befindet sich ein Dauermagnet 7 rdit Polstück,en 8 und
9, die zu beiden Seiten des Entladungsgefäßes i angeordnet sind. Außerdem
befinden si#c--h in Höhe dies)A Polstücke und quer zu der Achse der zylindrischen
Anode 3 zwei Begrenzungskörper io -und ii, die elektrisch Lind mechanisch
mit der Kathode verbunden sind. Die Entladung konzentriert sich infolge der Wirkung
des Magnetfeldes in dem schraffierten Gebiet12, das durch Projektion der Kathode
in Richtung der Kraftlinilen geb-ildet und zu beiden Seiten von den Körpern i o
und i i abgegrenzt wird. Die Anode 3
ist sehr günstig außerhalb
dieses konzentrierten Teiles der Entladung gelegen, wodurch niedrige Bogenspannunglen
erhalten werden, und auch die magnetische Feldstärke an der Anode nur noch einen
geiiiigien Wert besitzt und das Sperrvermögen der Röhre niat merklich abgenommen
hat.
-
Fig. 2 zeigt eine Bauart, bei der die in Form eines oben geschlossenen
Zylinders 2o ausgebildete Anode gleichfalls zylindrisch rings um die Kathode angeordnet
ist. In der Anode befindet sich ein Miagnetfeld, das von Blöcken 22 und
23 ausniagnetis,c,hem Material mit gleichgerichteter Polung erzeugt wird,
die symmetrisch oberhalb und unterhalb der Kathode in zylindrisch schachtelfönnigen
BeUenzungskörpern 24 und 25 montiert sind ' die koaxial in der Röhre
aufgestellt sind. Auch die Kathode 21 wird von einem schachtelförmigen Schirm 2
6 umgeben, der axiale öffnungen 2 7 und 2 8
besitzt, demen,
Querschnitt derart gewählt ist, daß eine genügende elektrostatische Abschirmung
der Kathode exhalten. wird, ohne daß hierdurch die Bogensparmung in deT Durchlaßrichtutg
auf unerwünschte We-ise erhöht wird. Die Körper 24, 25
und 26 sind
konstruktiv miteinander verbunden -und in 29 nach außen geführt, so daß es möglich
ist, das Ganze als Steuerorgan für die Röhre zu verwenden. Außerdem befindet sich
auf dem unteren Teil des Körpers 2 5 ein ringf örrniger Schirm
. 3 0,
der in bezug auf die Glaswand einen Verschluß bildet, der an den oben
geschlossenen Zyn der 2o .anschließt in der Weise, daß keine elektriostatischen
Kraftlinlenwege unerwünschter Länge frei zwischen den Boldrähten 31, 32 und
33 einerseits und dem Poldraht34 der Anode anderseits verlaufen. Der Quecksilhervorrat35
ist in einer Erweiterung 36 des Pumpstutzens angeordnet. Durch dIese Bauart
kann eine Röhre von außergewöhnlich großem Spzrrverinögen erhalten werden, die trotz
des niedrigen dazu (erforderlichen Dmckes der Gas- bnv. Daimpfatmosphäre beim Betrieb
eine ausgezeichnete Lebensdauer der Kathode- aufweist, da die Bogenspannung in der
Drarchlaßn-chtung trotz des niedrigen Druckes sehr niedrig ist.
-
Fig. 3 zeigt schematisch eine Röhre, von der entsprechende
Teilie auf die gleiche Weise wie in Fig. i lieziffert sind. Im Entladungsgefäß i
befindet sich eine Glühkathode 2, deren Zuführungsleiter in. 4 und
5 !nach außen geführt sind, währeind die flachringförmige Anode 15 am gegenüberliegenden
Ende des Entladungsgefäßes nach außen geführt ist. Im Gegensatz zu dem Fall der
Fig. i befinden sich hier die Magnete 16 im Innern des Entladungsgefäßes i, koaxial
und zu beiden Seiten symmetrisch von der Anode 15. Die Richtung der magnetischen
Kraftlinien ist schematisch dargestellt und das Gebiet mit der Feldstärke Null ist
durch eine strichpunkfierte Linie ;angedeutet. Dieses und jenes ist derart bemessen
und aufgestellt, daß die Anode in einem Gebiet liegt, wo die Feldstärke praktisch
Null beträgt. Hierbei kann bemerkt werden, daß bei:einem Abstand --d der
Blöcke der Durchmesser der Äquatorfläche, in der die Feldstärke Null beträgt, etwa
die Größe von 2 d 2 be-
sitzt. Koaxia-l innerhalb d#r Anode
15 ist -ein zylindrischer Schirm 17 aufgestellt, der die Kathode in
radialer Richtung von der Anode trennt Bund an Kathodenpotential angelegt ist. Durch
das Vorhandensein. dieses Schirms kann die Kathode die Anode nicht sehen, so daß
letztere gegen von der Katliode herrührende Teilchen, z. B,. aus aktiviertem Material,
in gerader Linie abgeschirmt ist.
-
Wenn in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen von der Anode gesprüchen
wird, sind darunter auch mehrere Anoden zu verstehen.