Glimmentladungsröhre und Verfahren zu ihrer Herstellung. Die Erfindung bezieht sich auf eine C@lim.n ientladunbsröhre, die insbesondere für Mess- und Stabilisierungszwecke verwendbar ist, und auf ein Verfahren zu deren Her stellung.
Derartige Glimmentladungsröhren sind von Glimmlampen insoweit verschieden, dass man bei ihrer Verwendung nicht von dem ausgestrahlten Licht, sondern von den Eigenschaften ihrer Kennlinie Gebrauch macht. Zweck der Erfindung ist, eine Röhre zu Sehaffen, in der während ihrer Lebens- (lauer die Brennspannung praktisch konstant bleibt und diese Spannung bis auf einige Volts reproduzierbar ist.
Röhren dieser Gattung hat man bisher mit einer Kathode aus Eisen oder Nickel ver sehen, gegebenenfalls mit einem Erdalka.li metall überzogen. Zur Reinigung der Gas füllung enthalten sie häufig einen aus Ba rium oder Ma.bnesium bestehenden Fangstoff.
Anmelderin hat nunmehr gefunden, dass die Eigenschaften dieser Röhren beträchtlich verbessert werden können und dass man auch das Herstellungsverfahren vereinfachen kann. Nach der Erfindung besteht die Kathode einer Glimmentladungsröhre wenigstens an ihrer Oberfläche aus einem Metall mit einem Schmelzpunkt höher als. 1400 C und die die Entladungsstrecke umschliessende Wand, wel che vorzugsweise von der Röhrenwand gebil det wird, ist.
mindestens zum grössten Teil mit einer sichtbaren Schicht aus einem der artigen Metall bedeckt. Vorzugsweise be- stehen die Kathode und die Wandbekleidung aus dem bleichen Metall. Man kann die Ka thode ganz aus einem der erwähnten Metalle herstellen; es ist aber hinreichend, dass nur die Oberflächenschicht der Kathode aus die sem Metall besteht. Anmelderin hat vorzüb- liche Ergebnisse mit einer Molybdänkathode erhalten.
Es genügt nicht, da.ss die die Entladungs strecke umschliessende Wand mit einer Schicht von nur einigen Atomen bedeckt ist. Die Schicht soll klar sichtbar sein und die die Entladungsstrecke umschliessende Wand min destens zum grössten Teil bedecken. Wenn innerhalb der Glashülle der Entladungsröhre die Entladungsstrecke von einem Schirm um geben wird, so wird dieser ,chirm als Wand für die Entladungsstrecke dienen und mit einem der vorerwähnten Metalle überzogen sein müssen. Unter einer sichtbaren Metall schicht ist z.
B. eine Schicht zu verstehen, die, auf eine Glaswand aufgetragen, vom durchfallenden Licht etwa 2@0-% absorbiert. Im allgemeinen erhält man bessere Ergebnisse in dem Masse, als ein grösserer Teil der Wand überzogen ist und so wird man zweckmässig die Hülle der Entladungsröhre derart wählen. dass keine toten Räume, z. B. Röhrenarme vorhanden sind, und die Röhrenwand überall nahezu gleich weit von der Kathodenober fläche entfernt ist.
Anmelderin hat festgestellt, dass eine Glimmentladungsröhre, in der die Kathoden- oberfläche und vorzugsweise auoh die Wand bedeckung aus Molybdän bestehen, besondere gute Eigenschaften in bezug auf gleichblei bende Brennspannung und Reproduzierbar- keit hat.
Die obengeschilderten Glimmentladungs- röhren lassen sich dadurch herstellen, dass die Kathodenoberfläche in der Röhre selbst einer Reinigung unterworfen wird, und dass das Bedecken der die Entladungsstrecke um schliessenden Wand durch Niederschlagen eines in -der Röhre dispergierten Metallee, mit einem 1400 C übersteigenden Schmelzpunkt statt findet.
Vorzugsweise reinigt man die Kathoden oberfläche mittels einer Glimmentladung mit einer Stromdichte, die die normale Strom dichte mehrmals übersteigt. Es ist aber auch möglich, die Kathode durch Verdampfung einer Oberflächenschicht zu reinigen, wozu z. B. die Kathode während längerer Zeit mit tels Hochfrequenz auf eine hohe Temperatur erhitzt wird.
Die Reinigung der Kathodenoberfläche ist, auch zur Verkürzung der Zeitdauer, vor teilhaft mit einer solchen Glimmstromdichte durchführbar, dass die Kathode glühend wird. Es ist zweckmässig, die Kathodenoberfläche erst dann zu reinigen, nachdem,die Röhre so weit fertig ist, dass keine Verunreinigungen von aussen her in die Röhre eintreten können, also im allgemeinen nachdem die Röhre voll -der Pumpe abgeschmolzen worden ist, da unter dem Einfluss. der zum Abschmelzen er forderlichen hohen Temperatur Verunreini gungen aus .dem Glas auftreten können.
Es hat sich erwiesen, ,dass nach einer @derartiö en Behandlung keine weiteren schädlichen Ver unreinigungen während des Betriebes der Röhre abgegeben werden.
Die Wandbedeckung der Glimment- ladungsröhr.e lässt sich dadurch durchführen, -dass eines der vorgenannten Metalle in Form eines Drahtes oder einer Platte -derart erhitzt, oder das Metall mittels einer Glimmentladung derart zerstäubt wird, dass es die Wand, wel che die Entladungsstrecke umschliesst, prak- tisch vollständig mit einer ,sichtbaren Metall schicht bedeckt.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann in ; hohem Masse vereinfacht werden, wenn man für die Wandbedeckung .das gleiche Metall wie für die Kathode wählt; in -diesem Fall können die Reinigung der Kathodenober fläche und die Bedeckung der Wand gleich zeitig durch teilweise Zerstäubung oder Ver dampfung der Kathode bewirkt werden. Man soll .diese dann so lange dauern lassen, als zum Niederschlagen eines hinreichenden Wandüberzuges erforderlich ist.
Anmelderin hat gefunden, dass die Brenn- spannung von Glimmentladungsröhren nach der Erfindung innerhalb weiter Zeitgrenzen ausserordentlich konstant ist und sich zum Beispiel innerhalb einer normalen Brenn dauer von 1000 Stunden weniger als 0,5, Volt ändern kann: Die gemäss der Erfindung als Material für die Kathod-enoberfläehe und Wandbe deckung verwendeten Metalle haben einen Schmelzpunkt oberhalb 1400 C.
Falls der Preis dieses Materials denjenigen der Ent ladungsröhre zu stark beeinflussen würde, zum Beispiel bei Verwendung von Ti oder Hf, wird, man im allgemeinen eine Wahl aus den Metallen Zr, Ta, Cr, Mo, W, Fe und Ni treffen.
Unter diesen letztgenannten Metal len nimmt das Molybdän durch seinen niedr_- gen Kathodenfall (etwa. 1'0,0 Volt in Argon oder Neon) einen besonderen Platz ein, aber auch durch die Leichtigkeit, mit -der die Ka thoJederart präpariert werden kann"dass das Glimmlicht die Kathode homogen bedeckt, und weiter durch die bekannten Eigenschaften einer leichten Bearbeitbarkeit und hohen Be lastbarkeit des Metallee.
Infolge des niedrigen Kathodenfalls gibt es keine Entladung an den Polen, die vielfach aus Nickel bestehen, und brauchen diese Pole also nicht abge schirmt zu werden.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger, in den Fig. 1 bis 5 der beiliegender. Zeichnung abgebildeter Ausführungsbeispiele ä iese Figuren zeigen Glimm- n 'her erläutert.<B>D</B> 4,titlarlungsröhren, .deren Hüllen und Katho- deti verschieden ausgestaltet sind.
In Fig. 1 befindet sich eine Kathode 1 und eine stabförmibe Anode 2 in einer Aus- stülpungen 4 und 5 aufweisenden Hülle 3. In F il. \? ist die Blechplatte angegeben, aus welcher die Kathode 1 in Fib. 1 beboen ist.
Die Innenwand der Hülle ist mit einem dunklen Metallniederschlag überzogen, der ebenso wie die Kathode aus einem der vor--e- nannten Metalle und vorzugsweise aus denn Olleielien Metall besteht.
Die Innenwand der Ausstülpungen 4, 5 ist praktisch nicht mit 3letallniedersehlab bedeckt, da- das ver dampfte oder zerstäubte Metall das Innere dieser Ausstülpung; nicht erreichen kann. Inn Ausführungsbeispiel nach Fib. 3 ist dieser Nachteil vermieden, indem es hier keine. Ait.s:stfilpunben gibt und die Hülle 3, überall nahezu bleich weit von der Kathodenober fläche 1 entfernt ist.
In dieser Röhre kana demnach die Innenwand sehr glei-chmässib mit l@lctallnied-ersehlaä bedeckt sein.
F;-. 4 zeigt eine Röhre mit einer zylin drischen. Kathode 1 und einer Hülle 3, die etitspi-echend der Röhre nach Fib. 3 überall gleich weit von der Kathodenoberfläche etit- fernt ist. Die Anode ist mit 2 angezeben.
In Fi-. 5 ist eine Glimmentladunbsröhre dar-estellt, in der der Raum der Entladungs- streche von einer zylindrischen Wand 6 aus Quarz umgeben ist. Diese Wand ist. an der Innenseite mit einer sichtbaren Metallschicht überzo11;en, während die vom Zylinder abbe- scliirmte Röhrenwand nicht bedeckt isst.
Zur Herstellun-, einer Glimmentladunbs- röhre nach der Erfindung kann man von einer Röhre entsprechend einer der Figuren aus--ehen. Das Verfahren sei für den.
Fall beschrieben, dass sowohl,die Kathode als auch die -#Vandbedeekung aus Molybdän bestehen und man die Reinigung; der Kathode und das \herziehen der Innenwand durch Zerstäubung durchführt. Zunächst werden durch Erhit- zun.@ in einem Ofen auf etwa. 4,00 sämt. liebe Glasteile der Röhre auf bekannte Weise entgast;
ebenfalls werden die Metallteile so viel -wie möglich dadurch entgast, dass sie z. B. mittels Hochfrequenz auf hohe Tempe ratur erhitzt werden. Darauf wird die Röhre mit Gas gefüllt. Es kann nunmehr zwis.ehen der Kathode und Anode eine Glimmentladung mit kleinem Strom bewirkt werden. Wenn man diesen Strom langsam steigert, so be obachtet man, dass sich das Glimmlicht auf der Kathode zu einem kleinen Fleck zusam menzieht, hierbei fällt die Brennspannung ab.
Darauf breitet sieh das Glimmlicht wie ,der langsam über die Oberfläche der Ka- thod.e aus. Man steigert den Strom .schliess lich, bis dieser einige hundert m Amp. je em2 beträgt, wobei die Kathode zur Weissblut be- la.nben kann. Man kann nunmehr Gas ab pumpen und die Röhre mit einer neuen Menge reinen Gases füllen.
Nachdem die Röhre abgeschmolzen worden ist, wird das Zerstäubunbsverfahren nochmals wiederholt, so dass schliesslich sowohl die Kathodenober fläche als auch die Gasfüllung derart gründ lich. gereinigt werden, dass praktach die let,-- ten Spuren von Verunreinigungen verschwun den sind. Zugleich. wird durch Zerstäubung der Kathode die Innenwand des Kolbens mit einer sichtbaren Molybdänsehicht bedeckt.
Im allgemeinen wird die Reinigung der Ka thodenoberfläche bewirkt worden sein, be vor der Metallniederschlag auf der Innen wand eine hinreichende Stärke bekommt. Deshalb wird es erforderlich sein, die Zer- stäubun,b fortzusetzen, bis die Innenwand der Röhre praktisch vollständig mit einer sichtbaren Molybdänschieht bedeckt ist.
Man kann das oben beschilderte Verfah ren im Rahmen der Erfindung auf verschie- .dene Weisen variieren. Man kann zum Bei spiel statt Molybdän eines .der andern er wähnten Metalle sowohl für die Kathode als auch für die Wandbedeckung verwenden.
Wenn man zum Be:spiel eine Kathode aus Zirkonium und eine Wandbedeckung aua Nickel wählt. so wird man in der Röhre in der Umgebung der Kathode einen Niekel- drah.t anbringen können, der durch Zer- stäubunz Nickel auf die Innenwand nieder- sch1ä2t. Die Be,deckunder Innenwand kann ebenfalls dadurch erfolgen, dass man den Nickeldraht mittels eines elektrischen Stro mes auf eine derart hohe Temperatur erhitzt,
dass durch Verdampfung 'des Drahtes Nickel auf die Innenwand niedergeschlagen wird. Man kann auch die Kathode aus einem Draht bestehen lassen, den man auf die erforderliche We*se dadurch reinigt, dass er mittels eines e:.ektrschen Stromes auf eine hohe Tempe ratur erhitzt wird. Es ist nicht erforderlich, zur Reinigung der Kathodenoberfläche die Zerstäubung derart durchzuführen, dass die Kathode auf eine äusserst hohe Temperatur (für Molybdän zum Beispiel 1700 ) erhitzt wird. Wenn man die Zerstäubung längere Zeit fortsetzt, kann sie auch bei geringerer Belastung und mithin bei niedrigerer Tem peratur stattfinden.
Der Gasdruck in GlimmentlaJungsröhren nach der Erfindung kann den üblichen Wert aufweisen. Man kann z. B. einen Gasdruck von 20 bis 40 mm Neon oder 5 bis 20 mm Argon wählen. Glimmentladungsröhren nach der Erfindung können eine niedrige kon stante Brennspannung aufweisen.
Wenn dit Zerstäubung oder Verdampfung der Kathode hinreichend länge erfolgt, und eine sichtbare Metallschicht auf die Innenwand der Röhre niedergeschlagen worden ist, kann die Brenn- spannung innerhalb einer normalen Brenn dauer von etwa 1000 Stunden sich um weni ger als 0,5 Volt und sogar nur 0,1 Volt ändern. Unterbrechung der Verwendung .der Röhre führt praktisch keine Änderung der Brennspannung herbei.