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Kaltkathoden-Gasentladungsröhre mit rohrförmiger Kathode und nach
außen gerichtetem Randflansch Die Erfindung bezieht sich auf Kaltkathodengasentladungsröhren
und befaßt sich insbesondere mit Röhren, die als Schaltröhren dienen, bei welchen
die Hauptentladung zwischen einer Kathode und einer Anode durch ein Steuerpotential
eingeleitet werden kann, das an eine zugehörige Zündelektrode angelegt wird. Bekanntlich
hat nach der Einleitung der Hauptentladung für solche Röhren die Zündelektrode so
lange keine weitere Steuerwirkung mehr, bis das Potential zwischen der Kathode und
Anode der Hauptentladungsstrecke genügend vermindert worden ist.
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Bei diesen Röhren sind eine Anzahl wichtiger Größen vorhanden, die
die Brauchbarkeit der Röhre in besonderen Schaltungsanwendungen bestimmen. Von diesen
Größen werden folgende genannt: (a) die »Überschlagsspannung«, das ist der Mindestwert
der Spannung, der notwendig ist, um ohne Hilfe eines Steuerpotentials an der Zündelektrode
zwischen der Anode und Kathode der Hauptentladungsstrecke einen selbständigen Überschlag
zu verursachen; (b) die »Zündspannung«, die den kleinsten Wert der Spannung zwischen
der Zündelektrode und einer anderen Elektrode der Röhre, üblicherweise der Hauptentladungskathode,
darstellt; welcher notwendig ist, um die Hauptentladung einzuleiten; (c) die »Brennspannung«
als kleinster Wert der Spannung zwischen der Anode und Kathode der Hauptentladungsstrecke,
der zur Aufrechterhaltung der Hauptentladung bei einem gegebenen Wert des Entladungsstromes
nötig ist; (d) die »Zündempfindlichkeit«, welche ein Maß für die Zeitdifferenz zwischen
dem Augenblick des Anlegens eines Steuerpotentials an die Zündelektrode und dem
Augenblick des Beginns der Hauptentladung ist; und (e) die »Entionisationszeit«,
die ein Maß für die Zeitdifferenz zwischen dem Zeitpunkt der Spannungsverminderung
zwischen der Hauptanode und der Hauptkathode auf einen Wert unter den der obenerwähnten,
zur Aufrechterhaltung der Entladung auf der Hauptstrecke notwendigen Spannung und
dem Zeitpunkt ist, an dem die Zündelektrode wieder die Steuerung der Röhre übernimmt.
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Es sind bereits Kaltkathodengasentladungsröhren bekanntgeworden, die
eine im wesentlichen rohrförmige Kathode, eine in stab- oder drahtartiger Form angeordnete
Anode, die koaxial zu dem Kathodenrohr, aber im wesentlichen von dem am nächsten
gelegenen Ende des Kathodenrohres abgesetzt liegt, und eine getrennte Zündelektrode
von ringartiger Form aufweisen, wobei die Zündelektrode um die Kathode herum und
in geringem Abstand von dieser angeordnet ist. Bei diesen bekannten Kaltkathodengasentladungsröhren
ist jedoch die Zündelektrode entweder innerhalb des Kathodenzylinders eng an der
emissionsfähigen inneren Oberfläche angeordnet, so daß sie die Hauptentladung beeinträchtigt,
da sie in deren Weg liegt, oder außerhalb des Kathodenzylinders, so daß sie in hohem
Maße wirkungslos ist, da sie weit von der emissionsfähigen inneren Oberfläche entfernt
ist und durch die Zündentladung der Raum innerhalb der Kathode nicht schnell ionisiert
wird.
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Es ist weiter eine Kaltkathodengasentladungsröhre vorgeschlagen worden,
bei der die Kathode mit einem Randflansch versehen ist, vor dem die ringförmige
Zündelektrode liegt und bei der die stabförmige Anode mindestens zum Teil in den
Kathodenzylinder hineinragt.
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Gasentladungsröhren müssen nun bekanntlich, um eine verläßliche Zündung
sicherzustellen, so aufgebaut sein, da.ß die anfänglich schwache Zündentladung zwischen
der Zündelektrode und der Kathode an einer Stelle stattfinden muß, die in der Nähe
der Hauptentladungsstrecke liegt. Wollte man in der vorgeschlagenen Kathodengasentladungsröhre
eine stabförmige, koaxial zum Kathodenzylinder liegende Anode verwenden, die jedoch
entfernt vom Kathodenzylinder angeordnet ist, so würde die Zündentladung durch die
Zündelektrode gegen die Anode abgeschirmt, so daß die soeben genannte Bedingung
für eine verläßliche und sichere Zündung nicht gegeben ist.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Kaltkathodengasentladungsröhre
zu schaffen, bei der die aufgeführten Nachteile der Entladungsröhren nach
dem
Stande der Technik vermieden werden und die sich insbesondere als Relaisröhren in
elektronischen Rechenanlagen und Fernsprechwählsystemen eignet.
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Der Erfindung liegt weiter die Aufgabe zugrunde, eine Röhre zu schaffen,
bei der die Streuung und Änderung der Größen, beispielsweise der obenerwähnten Größen
(b), (c), (d) und (e), zwischen den einzelnen Röhren im Vergleich mit bereits vorhandenen
gleichwertigen Röhrentypen beträchtlich vermindert wird.
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Ferner soll eine Röhre geschaffen werden, die geringe räumliche Abmessungen
hat, also in die sogenannte Subminiaturklasse fällt, aber darüber hinaus einen großen
Wert der Überschlagsspannung hat.
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Bei der insbesondere als Schaltröhre dienenden Kaltkathodengasentladungsröhre
mit einer im wesentlichen rohrförmigen Kathode mit einem nach außen gerichteten
Randflansch, wobei die innere Fläche des Kathodenrohres und die angrenzende Fläche
des Randflansches mit einem emissionsfähigen Werkstoff überzogen sind, einer stabförmigen,
koaxial zum Kaltkathodenrohr angeordneten Anode und einer ringförmigen Zündelektrode,
die vor der Kathode unter Belassung eines kleinen Spaltes angeordnet ist, ist nach
der Erfindung die Zündelektrode in an sich bekannter Weise als zylinderförmig ausgebildeter,
einen größeren Durchmesser als der Kathodenflansch aufweisender Teil ;o angeordnet,
daß sie die äußere Kante des Kathodenflansches umgibt, wobei in an sich bekannter
Weise ein wesentlicher Teil ihrer Länge von der Kathode zur Anode gerichtet ist.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung werden mehrere Ausführungsformen
als Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Es zeigt Fig.l eine Seitenansicht einer Ausführungsform des Röhrenaufbaues, bei
welcher die Umhüllung und andere Teile teilweise im Schnitt dargestellt sind, Fig.2
eine Seiten-Teilansicht des Elektrodenaufbaues, der gegenüber der Darstellung in
Fig. 1 um einen Winkel von 90° verdreht ist, Fig.3 eine Ansicht des Elektrodenaufbaus
gemäß Fig.2 von oben, Fig. 4 eine teilweise als Schnitt, teilweise als Seitenansicht
dargestellte Abbildung einer anderen Ausführungsform des Kathodenaufbaus, Fig. 5
eine teilweise als Schnitt, teilweise als Seitenansicht dargestellte Abbildung einer
weiteren abgewandelten Ausführungsform der Kathode.
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Zunächst wird auf die Fig. 1, 2 und 3 Bezug genommen. Die dargestellte
Röhre enthält eine Kathode 10, eine Anode il und eine Zündelektrode 12, die innerhalb
einer röhrenförmigen Glasumhüllung 13 angeordnet sind.
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Die Kathode 10 hat die Form eines zylindrischen Rohres 15, das mit
einem sich von seinem unteren Ende radial nach außen erstreckenden ringförmigen
Kathodenflansch 14 versehen ist. Die innere Seite dieses Kathodenflansches geht
allmählich in den Hauptröhrenteil15 über. Das obere Ende des Kathodenzylinders kann
zur Steigerung der Festigkeit leicht nach innen eingebogen sein, wie es dargestellt
ist.
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Der rohrförmige Teil 15 ist so angeordnet, daß seine Achse mit der
der zugehörigen Anode 11 zusammenfällt. Diese ist in Form eines Stabes oder Drahtes
16 ausgeführt, der im Inneren einer Ausnehmung 17 angeordnet ist, die sich in einem
Glasschaft 18 befindet. Obgleich dieser Glasschaft am Anfang ein getrennter Teil
ist, wird er nachträglich mit der Umhüllung 13 zu einem Teil verschmolzen. Wie aus
der Zeichnung entnommen werden kann, ist das am nächsten zur Kathode liegende Ende
der Anode mit einem wesentlichen Abstand von dem mit dem ringförmigen Kathodenflansch
14 versehenen Ende der Kathode entfernt angeordnet.
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Der Schaft 18 hat einen Randwulst 19, der mit dem oberen Ende des
Schaftes aus einem Teil besteht. Die Ausnehmung 17 erstreckt sich durch den Randwulst.
Der Randwulst 19 dient zur Verankerung einer Anzahl von Stützdrähten, die in ihn
eingeschmolzen sind. Beispielsweise handelt es sich bei diesen Stützdrähten um die
zwei Drähte 20 für die Abstützung der Kathode 10 und zwei weitere Drähte 21 zur
Abstützung der Zündelektrode 12.
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Die Zündelektrode 12 hat eine ringähnliche Form und besteht aus einem
kurzen, nahezu vollständigen Zylinder, der koaxial zu der Kathode 10 angeordnet
ist. Die Abmessung des inneren Radius des Zylinders ist nur wenig größer als der
Radius der äußeren Kante des Kathodenflansches 14, so daß eine schmale ringförmige
Entladungsstrecke zwischen der Zündelektrode und der Kathode geschaffen wird. Der
obere Rand des Zylinders befindet sich vorzugsweise ungefähr in der Ebene, in welcher
die Mitte der Materialstärke des ringförmigen Kathodenflansches 14 liegt.
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Die innere Oberfläche der Kathode 10 ist von einer Höhenlinie, wie
bei 23 an dem ringförmigen Teil 15 dargestellt, bis herab zu und um die Unter- oder
der Anode zugekehrten Seite des Kathodenflansches 14 herum mit einem emissionsfähigen
Stoff überzogen, der eine niedrige Austrittsarbeit hat. Die Kathode wird durch Befestigung
an einer quer durchlaufenden Montageplatte 30 in ihrer Stellung gehalten, deren
entgegengesetzte Enden beispielsweise durch Punktschweißung mit den Stützdrähten
20 verbunden sind.
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Die Glasumhüllung 13 ist röhrenförmig ausgebildet und an ihrem unteren
Ende mit einem Fußteil 24 versehen. Durch diesen Fußteil führen die verschiedenen
Anschlußleitungen 25, 26, 27 von der Kathode 10, der Anode 11 und der Zündelektrode
12 in bekannter Weise nach außen. Ein Getter 28 ist in dem Röhrenraum unter dem
Randwulst 19 angeordnet. Dieses Getter ist an einem der Anschlußdrähte befestigt.
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Die für die Röhre verwendete Gasfüllung kann aus eineu Zusammensetzung
von Edelgasen bestehen, die hinsichtlich ihrer Anteile und des Fülldrucks in bekannter
Weise ausgewählt sind. Eine Gasfüllung für eine Röhre, die insbesondere auch für
elektronische Rechenvorgänge geeignet ist, verwendet Neon und Argon z. B. in einer
Mischung von 99% Neon und 1% Argon. Bei dem zuletzt erwähnten Gas beträgt der Fülldruck
40 mm Hg. Andere Gasmischungen können Helium und Argon oder eine Mischung von Neon,
Helium und Argon enthalten.
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Eine abweichende Ausführungsform des Kathodenaufbaus ist in Fig. 4
dargestellt. Diese Ausführungsform weist zwar auch einen zylindrisch geformten Röhrenhauptteil
15a, auf, aber der untere ringförmige Kathodenflansch 14a ist mit annähernd halbkreisförmigem
Querschnitt ausgeführt, wobei der innere Rand, wie bei der bereits oben beschriebenen
Ausführung, allmählich in den Röhrenhauptteil übergeht. Wie in dem in den Fig. 1,
2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die untere Fläche dieses gewölbten
Kathodenflansches zusammen mit dem unteren Flächenteil der Innenseite des Zylinders
mit einem emittierenden Stoff überzogen.
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Eine weitere abweichende Form des Kathodenaufbaus ist in Fig. 5 dargestellt,
wo der Hauptteil die Form eines hohlen, abgestumpften Konus 15b hat.
Der
untere Rand dieses Konus geht, wie dargestellt ist, in einen Kathodenflansch 14b
von halbkreisförmigem Querschnitt gleich dem in Fig.4 dargestellten über, aber dieser
nach außen ragende Kathodenflansch kann auch eine andere, im weiten Bereich ähnliche
Form haben, z. B. auch eine im wesentlichen flache ringförmige Form, wie in den
Fig. 1, 2 und 3 dargestellt.
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Die Zündelektrode 12 kann ebenfalls in verschiedener Weise abgeändert
werden. Sie kann beispielsweise in Form von zwei C-förmigen Elementen vorgesehen
werden, die diametral gegenüberliegend auf jeder Seite der Kathode angeordnet werden.
Wahlweise und in einigen Fällen vorzugsweise wird die Zündelektrode in Form eines
vollständigen Ringes vorgesehen. Diese Ausführung kann aber zu Schwierigkeiten während
der Herstellung durch unzulässige Aufnahme von Energie aus dem Wechselspannungsnetz
führen, das während der Herstellung der Röhre zur Erhitzung der Kathode benötigt
wird.
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Bei der Subminiaturröhre nach der Erfindung betrug die gesamte Kolbengröße
etwa 35 mm Länge bei 10,5 mm Durchmesser und der Kathoden-Anoden-Abstand
a gemäß Fig. 1 5,75 mm. Die Abmessung b der Anodenausnehmung betrug
ungefähr 2 mm. Der Röhrenstrom wurde mit ImA gemessen.