DE293539C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die Erfindung betrifft ein Entladungsgefäß, welches zur Erzeugung bzw. Auslösung oder zur Gleichrichtung elektrischer Schwingungen dient und dessen Wirkung auf einer Elektronenentladung beruht, und zwar bezieht sich die Erfindung insbesondere auf jene Art von Entladungsgefäßen, die ohne Gasionisation bzw:, ohne Gasleitung arbeiten.

Ein solches Entladungsgefäß besteht im wesentlichen aus einer Elektronen aussendenden Kathode, einer oder mehreren sorgfältig von Gas befreiten Anoden und einer oder mehreren Hilfselektroden. Die Kathode besteht vorzugsweise aus einem Glühfaden, z. B. aus AVolframdraht. Die Anoden bestehen vorzugsweise aus Wolframscheiben und die Hilfselektroden aus Gittern oder Rosten aus feinem. Metalldraht. ' Die Hilfselektroden sind zwischen der Kathode und der bzw. den Anoden angeordnet. Diese sämtlichen Teile sind in einem Gefäß untergebracht, welches so stark entlüftet ist, daß von der Kathode zur Anode oder zu den Anoden eine Elektronenentladung übergehen kann, ohne eine merkliche Gasionisierung durch Zusammenstöße mit den Molekülen des Gasrestes hervorzurufen.

Eine reine Elektronenentladung besteht aus negativen Elektrizitätsladungen, den sogenannten Elektronen, die sich in einem in hohem Grade luftleeren Räume von einer Kathode zu einer Anode bewegen. Diese Elektronen können von einem weißglühenden festen Körper oder von bestimmten Metallen,, insbesondere Alkalimetallen bei Bestrahlung mit ultraviolettem Licht ausgesendet werden. Da . jedes dieser Elektronen von einem elektrostatischen Feld und während seiner Bewegung auch von einem magnetischen Feld umgeben ist, wird die Bewegung der Elektronen durch elektrostatische und elektromagnetische Kräfte beeinflußt. Jedes der Elektronen eines g&ge- ■ benen Raumes wird daher von dem Feld der anderen Elektronen dieses Raumes beeinflußt. Diese Erscheinung soll im folgenden als Raumladung bezeichnet werden.

Die Raumladung hat die Wirkung, den Strom, welcher bei einer gegebenen Spannung fließt, auf einen bestimmten Wert zu begrenzen, welcher oberhalb eines bestimmten Wertes der Kathodentemperatur von letzterer unabhängig ist. Diese Grenzstromstärke hängt von der geometrischen Gestalt der Elektroden, ihrem Abstände und anderen Umständen ab. Ein negativ geladener Körper in der Nähe der Kathode setzt die Entladungsstromstärke für eine gegebene Spannung herab und kann auch j e nach seiner Lage und Gestalt die Elektronen aus ihrer Richtung ablenken.

Die Erfindung verfolgt u. a. den Zweck, die Wirkung der Raumladung auf die Elektronenentlädung zu verringern, die Wirkung negativ geladener Körper in der Nähe der Kathode ab-

zuändern, die Entlädestromstärke für eine gegebene Spannung zu vergrößern, Elektronen von verhältnismäßig gleichförmiger Geschwindigkeit zu liefern und dieKathode selbst gegen mechanische Beschädigung bzw. mechanische Spannungen infolge elektrostatischer Kräfte zu schützen.

Zu diesem Zwecke wird gemäß der Erfin-"dung in der Nähe der Kathode ein weiterer

ίο leitender Körper vorgesehen und auf einem bestimmten positiven Potential gehalten. Dieser Leiter erhält vorzugsweise die Form eines die Kathode umfassenden Doppelgitters oder Doppelrostes und ist mit einer Spannungsquelle verbunden, die vorzugsweise eine niedrige Spannung liefert.

In der Zeichnung zeigen Fig. 1 und 4 zwei Ausführungsformen der neuen Entladungsröhre, während die Fig. 2, 3 und 5 die Schal-

ao tung für verschiedene Anwendungszwecke veranschaulichen.

In Fig. ι ist ein Teil der das Entladungsgefäß bildenden einhüllenden Glocke 1 wegge-■ brachen dargestellt, um das Innere zu zeigen.

Die Kathode 2 besteht aus einem V-förmigen Faden, die Anoden 3 und 4 aus kleinen Scheiben. Die Kathode wird von einem Rahmen 5 umgeben, welcher passenderweise aus Glas bestehen kann, und auf welchen ein feiner Draht gewickelt ist, der ein Doppelgitter 6 bildet, welches mit seinen eng aneinanderliegen- - den Windungen die Kathode 2 umfaßt. Zwischen diesem Gitter und jeder der Anoden liegt je eine Hilfselektrode 7bzw. 8, die gleichfalls gitterförmig ausgebildet sind.

Die Kathode ist mit Stromzuführungsdrähten 9 und 10 verbunden, die ihrerseits mit Stromeinführungsdrähten 11 und 12 verbunden sind, die in der üblichen Weise in dem ■40 Fuß 13 der Glasglocke eingeschmolzen sind. Der Kathodenfaden wird durch eine an seiner Biegung angreifende, im Rahmens befestigte Feder 14 gespannt gehalten. Die Elektroden und die Gitterdrähte bestehen beispielsweise aus duktilem Wolfram. Die Kathode und die Gitter sitzen mittels Glasstäbchen auf einem Trag-gestell 15. Die Anodenstiele 16 und 17 bestehen aus Wolfram oder Molybdän und werden in rohrförmigen Ansätzen 18 und 19 der Glasglocke durch Federn 20, welche sich gegen die Wände der Ansätze legen, in ihrer Lage gehalten. Zu den Anoden wird in der üblichen Weise durch Einführungsdrähte 21 und 22 die stromleitende Verbindung hergestellt, zu dem die Kathode umgebenden¹ Gitter 6 durch einen Stromeinführungsdraht 23. Die Gitter 7 und 8 sind vorzugsweise auf metallische Rahmen 24 und 25 gewickelt, die beispielsweise aus Chromeisen bestehen und die Windungen der Gitter kurzschließen. Durch die Leiter 26 und 27 wird eine stromleitende

Verbindung zu den Rahmen bzw. Gittern hergestellt.

In der Fig. 2 ist die gegenseitige Lage der Elektroden und Gitter mehr schematisch und dadurch deutlicher dargestellt. Wie diese Fig. 2 zeigt, wird 4ie Kathode 2 durch eine Batterie 29 oder eine andere geeignete äußere Stromquelle zum Glühen gebracht. Das umgebende Gitter 6 ist an den positiven Pol einer Spannungsquelle, z. B. einer Batterie 30, angeschlossen, deren negativer Pol mit der Kathode verbunden ist. Das Entladungsgefäß wird soweit als möglich entlüftet, wobei die Elektroden von Gas befreit werden, indem das Gefäß bereits an der Pumpe in Betrieb genommen wird, und zwar zunächst mit einer Spannung unterhalb desjenigen Wertes, bei welchem eine schädliche, an dem blauen Glimmlicht erkennbare Gasionisierung" eintritt; in dem Maße, wie aus der Anode durch das Elektrodenbombardement Gas ausgetrieben wird, wird die angelegte Spannung fortschreitend gesteigert und gleichzeitig das frei gewordene Gas fortlaufend durch die Pumpe abgeführt. Die angelegte Spannung soll schließlich vor dem Abschmelzen gewöhnlich so hoch gesteigert werden, daß sie die normale Betriebsspannung übertrifft. Das Vakuum, dessen Grad von der Art und Anwendung des Entladungsgefäßes abhängt, soll im allgemeinen so niedrig sein, daß es nur einige hunderttausendstel Millimeter Quecksilber oder noch weniger beträgt.

Die in Fig. 2 dargestellte Anordnung eignet sich im besonderen zu der Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom bzw. zur Gewinnung von Wechselstrom aus einer Gleichstromquelle. Zu diesem Zwecke sind die Anoden 3 und 4 durch Leiter 31 und 32 mit der Primärwicklung eines Transformators 33 verbunden. Die Gleichstromquelle ist mit 34 bezeichnet und besteht beispielsweise aus einem Gleichstromerzeuger oder aus einet Batterie, deren negativer Pol durch einen Leiter 35 mit der Kathode 2, und deren positiver Pol durch den Leiter 36 mit einem mittleren Punkt der Primärwicklung des Transformators 33 verbunden ist. Die Gitter 7 und 8 sind durch die Leiter 37 und 38 mit einer Wechselstromquelle 39 verbunden, die diejenige Frequenz besitzt, die man dem zu erzeugenden Wechselstrom zu geben wünscht. Diese Wechsel-. stromquelle kann beispielsweise, wie gezeichnet, aus einem Transformator 39 bestehen. Die Kathode 2 ist durch einen Leiter 40 mit einem mittleren Punkt der Sekundärwicklung dieses Transformators 39 verbunden.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist folgende. Wenn die Kathode 2 zum Glühen gebracht wird, sendet sie Elektronen aus, welche unter dem Einfluß der aufgedrückten elektromotorischen Kraft zu einer

positiven Elektrode wandern. Wenn sich nun aber zwischen der Kathode und einer Anode, zwischen welchen die Elektronen wandern, ein negativ geladener Leiter befindet, werden die Elektronen nach Maßgabe der Größe der negativen Ladung zurückgetrieben,· und es wird hierdurch der Entladungsstrom herabgesetzt oder unterbrochen. Befindet sich andererseits zwischen der Kathode und einer Anode ein positiv geladener Körper, so wird die Entladung unterstützt und der Strom verstärkt. Einige der Elektronen gehen zu dem positiv geladenen Körper; wenn dieser j edoch eine verhältnismäßig kleine, dem Elektronenstrom entgegenstehende Oberfläche besitzt, was der Fall ist, wenn ein feiner Draht als Gitter bzw. als sonstiger leitender Körper dient, so wird hierdurch nUr wenig Energie absorbiert. Es kann beispielsweise ein Wolframdraht mit einem Durchmesser von 0,01 bis 0,025 mm und einem Windungsabstand von Y₄ mm benutzt werden. Wenn die zwischen Kathode und Anode aufgedrückte Spannung hoch ist, kann der Energieverlust durch Absorption der Elektronen durch ein derartiges, eine verhältnismäßig niedrige positive Ladung besitzendes Gitter vernachlässigt werden.

Da die Gitter 7 .und 8 durch die Wechselstromquelle 39 abwechselnd negativ und positiv gemacht werden, geht der Entladungsstrom abwechselnd zu den Anoden 3 und 4 und erzeugt so einen Wechselstrom in der Primärwicklung des Transformators 33. Erforderlichenfalls kann ein Kondensator 41 parallel zur Gleichstromquelle 34 vorgesehen werden, um Stromschwankungen aufzunehmen, die induktive Wirkung des Transformators aufzuheben und einen schnelleren Anstieg und schnelleres Fallen des Stromes zu bewirken.

In jedem Augenblick ist entweder das Gitter 7 oder das Gitter 8 positiv geladen und sucht infolge seiner Nähe zur Kathode den Elektronenstrom herabzudrücken. Wenn jedoch in der Nähe des Kathodenfadens durch das Gitter 6 ein positives Feld erzeugt wird, schirmt dieses Gitter die Kathode gegen das negative Feld der anderen Gitter und unterstützt den "Elektronenstrom. Die Elektronen werden durch die Kathode mit veränderlicher Geschwindigkeit ausgesendet; da sie jedoch alle dem nämlichen statischen Feld ausgesetzt sind, wird ihre Geschwindigkeit gleichförmiger, und die Geschwindigkeitsunterschiede Stellen nur noch einen verhältnismäßig kleinen Bruchteil der mittleren Geschwindigkeit dar. Da das positive Feld in der Nähe der Kathode der strombegrenzenden Wirkung der Raumladung entgegenwirkt, kann der Abstand zwischen der Kathode und den Anoden ohne Verlust am Wirkungsgrad vergrößert werden. Infolge der Absorption von Elektronen durch das positiv geladene Gitter 6 geht etwas Energie verloren; da j edoch die Oberfläche des Gitters klein ist und auch seine positive Spannung im Verhältnis zu der zwischen Kathode und "den Anoden aufgedrückten Spannung verhältnismäßig klein gewählt werden kann, bildet dieser Verlust nur einen verhältnismäßig kleinen Bruchteil der Gesamtenergie.

Es ist wünschenswert, daß die Spannung desj enigen der beiden Gitter 7 und 8, welches jeweilig negativ wird, sehr rasch absinkt, um den Elektronens'trom zur zugehörigen Anode \Ollständig zu unterbrechen. Dies kann durch Anwendung einer Wechselstromquelle 39 von hoher Spannung bewirkt werden; hierdurch würde j edoch auch die gleichzeitige positive Ladung des Gegengitters vergrößert. Hohe Spannung eines Gitters vermehrt jedoch die Energieabsorption durch dieses Gitter. Durch Einfügung einer Batterie 42 in die die Kathode mit dem mittleren Punkt der Stromquelle 39 verbindende Leitung 40, und zwar derart, daß der negative Pol dieser Stromquelle mit dem Transformator verbunden ist, kann die Spannung des negativ geladenen Gitters vermehrt, diejenige des positiv geladenen Gitters verringert werden, vorausgesetzt selbstverständlich, daß die Spannung dieser Stromquelle 42 nicht diejenige der Wechselstromquelle 39 übertrifft. Erforderlichenfalls können noch Widerstände 43 und 44 in. die Leitungen 37 und 38, die von der Wechselstromquelle 39 zu den Gittern 7 und 8 führen, oder ein einziger Widerstand in die Leitung 40 eingeschaltet werden, wodurch der Strom in dieser Leitung ohne Herabsetzung der Spannung verringert werden kann. Manchmal machen solche Widerstände die Einfügung der Stromquelle 42 überflüssig.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Anordnung dient das Elektronenentladurtgsgefäß zur Gleichrichtung von Wechselströmen, die von der Sekundärwicklung eines Transformators

45 geliefert werden, dessen äußere Klemmen mit den Anoden 3 und 4 durch die Leiter 46 bzw. 47 verbunden sind. Der positive -(--Leiter 45 des Gleichstromverbrauchskreises ist mit der Kathode 2 und der negative Leiter

46 mit einem mittleren Punkt der Sekundär-Wicklung des Transformators 45 verbunden. Die Elektroden 3 und 4 werden abwechselnd positiv und negativ, wobei Strom von der Kathode zur jeweilig positiven Elektrode fließt. Auch hier würde die jeweilig negative Elekti'ode den Strom, der v®n der Kathode zur anderen, positiven Elektrode geht, herabzudrücken_ suchen. Diese Wirkung wird durch das positiv geladene Gitter 6 verhütet. Bei einem Gleichrichter mit einer Mehrheit von als Anoden arbeitenden Elektroden ist die Stromverminderung durch die jeweilig nega-

tiven Elektroden besonders ausgeprägt, da der Spannungsabfall im Gleichstrombelastungskreis das Potential der.stromführenden positiven Elektrode herabdrückt. Da zu einer negativen Elektrode kein Strom fließt, so hat eine solche das volle Potential der Stromquelle. Aus diesem Grunde könnte eine gefährliche einseitige mechanische Beanspruchung der in einem unsymmetrischen Feld lie-

ίο genden Kathode eintreten, wenn nicht das positiv geladene Gitter vorhanden wäre, welches die Kathode dagegen schützt.

Der positiv geladene Leiter muß nicht ngtwendig die Form eines Gitters haben. Die Fig. 4 veranschaulicht in etwas schematischer Form eine Gleichrichtervorrichtung, bei welcher eine Plätte 50 zwischen einer Elektronen aussendenden Kathode 48 und einer Anode 49 angeordnet ist. Die Kathode wird wieder durch eine Batterie 29 zum Glühen gebracht. Als Wechselstromquelle dient wieder ein Transformator 45, welcher in Reihenschaltung mit dem Gleichstromverbrauchskreis 51 zwischen die Elektroden 48 und 49 geschaltet ist.

Die Kathode wird von einer gekrümmten Platte 52 umgeben, auf welcher eine negative . Ladung aufrechterhalten wird, am einfachsten, indem sie mit der Kathode durch einen Leiter 53. verbunden ist. Diese hohlspiegelartige Platte beeinflußt das elektrostatische Feld derart, daß die Elektronen zu einem ziem- ·. lieh scharf abgegrenzten Strom vereinigt werden, welcher durch eine Öffnung in der Platte 50 zur Anode geht.

■ Dadurch, daß auf der Platte 50 beispielsweise durch die Batterie 30 eine positive Ladung aufrechterhalten wird, wird der Übergang der Elektronen von· der Kathode zur Anode unterstützt. Die Spannung der Batterie 30 und daher die Ladung der Platte 50 braucht nur ' einen Bruchteil der Spannung zwischen der Kathode und Anode zu sein.- Die Elektronen werden wohl zur Platte 50 hingezogen, gehen aber größtenteils durch deren Öffnung, da diese den mittleren Punkt der statischen Anziehung bildet. Der Energieverlust durch Absorption von Elektronen durch die Platte 50 ist daher verhältnismäßig gering und wird durch die Vergrößerung des Entladungsstromes mehr als wettgemacht. Wenn beide Halbwellen des Wechselstromes ausgenutzt werden sollen, werden zwei Apparate der dargestellten Art vorgesehen.

Die neue Vorrichtung eignet sich auch, wie Fig. 5 veranschaulicht,· zur Verstärkung schwacher veränderlicher Ströme, z. B. wellentelegraphischer oder -telephonischer Zeichen. Das Entladungsgefäß 1 ist mit einer Ortsstromquelle, z. B. einer Batterie 54, welche von sehr niedriger Spannung sein-kann und zwischen die Kathode 2 und die Anode 3 geschaltet ist, verbunden. Das Gitter 7 und die Anode 3 sind mit der Sekundärwicklung eines Transformators 55 verbunden, dessen Primärwicklung in den Antennenkreis geschaltet ist, der, wie üblieh, eine Luftantenne 56 und einen geerdeten Kondensator 57 umfaßt. Durch eine Batterie 58 kann das Gitter 7 auf einem bestimmten Potential gehalten werden. Die Kathode ist von einem Gitter 6 umgeben, welches durch eine Batterie 30 gegenüber der Kathode auf ■einem bestimmten positiven Potential gehalten werden kann. Wenn die Kathode durch die Batterie 29 erhitzt wird, sucht Strom von ihr zur Anode zu fließen; dieser Stromfluß wird aber verhindert oder weit herabgesetzt, wenn das Feld des Gitters 7 negativ ist. Da die Elektronen von der Kathoden durch das vom Gitter 7 erzeugte positive Feld weggezogen werden, kann im Anodenkreis eine sehr geringe Spannung angewendet werden. Tatsächlich genügt für die Batterie 54 manchmal eine einzige Zelle, wie die Zeichnung zeigt. Das negative Potential an dem Gitter 7 kann andererseits verhältnismäßig hoch gemacht werden. Die Stromschwankungen im Elektrodenkreis 59, die durch die dem Gitterkreis aufgedrückten, von den ankommenden Zeichen herrührenden Impulse hervorgerufen werden, sind verhältnismäßig groß. Die Zeichen können in einem Telephon 60 aufgenommen werden, welches mit einem Kondensator 61 par- allel geschaltet ist. Die Empfindlichkeit dieser Anordnung ist besonders groß, da die Elektro- · nen das Gitter 6 mit im wesentlichen gleichförmiger Geschwindigkeit verlassen und daher sämtlich in gleichem Maße durch die Schwankungen in der negativen Ladung des Gitters 7 beeinflußt werden. ,

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Entladungsgefäß für elektrische Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß es außer der Elektronen aussendenden Kathode, die vorzugsweise in einem glühenden Faden (2 in Fig.. 1) besteht, und.einer oder mehreren Anoden (3,4) sowie gegebenenfalls einer oder mehreren Hilfselektroden, die vorzugsweise aus Drahtgittern (7, 8) bestehen und zwischen der Kathode no und den Anoden liegen, noch einen in nächster Nähe der Kathode angeordneten ■ und ihr gegenüber positiv geladenen leitenden Körper besitzt, welcher vorzugsweise als ein die Kathode umfassendes Doppelgitter (6) ausgebildet ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.