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Kaltkathode für Gas- und Metalldampf-Entladungsröhren Die Erfindung
bezieht sich auf eine Kaltkathode für Gas- und Metalldampf-Entladungsröhren, die
aus einem mindestens in Richtung der Entladungsstrecken offenen Hohlzylinder aus
Metall besteht, dessen Innenfläche mit einer elektronenemittierenden Schicht versehen
ist. Kaltkathoden dieser Art sind bereits bekannt. Gewöhnlich werden Ausführungen
verwendet, bei welchen die an der Innenfläche des Hohlzylinders aufgebrachte elektronenemittierende
Schicht aus einer Erdalkalioxydmasse besteht. Diese Kathoden besitzen zwar eine
hohe Lebensdauer, ihr Kathodenspannungsabfall liegt jedoch in der Größenordnung
zwischen 90 und 110 Volt, wodurch sich insbesondere bei höheren Betriebsströmen
ein relativ hoher Eigenverbrauch der Kathode ergibt. Außerdem ist bei derartigen
Kathoden eine relativ große Oberfläche erforderlich, um die Eigenerwärmung in zulässigen
Grenzen zu halten. Dies ist besonders dann kritisch, wenn diese Kathoden in Kaltkathodenthyratronen
mit hohen Betriebsströmen verwendet werden sollen. Bei diesen Röhren werden im allgemeinen
als Kaltkathoden mit Molybdän bedampfte oder ähnliche Kathoden mit hohem Kathodenspannungsabfall
verwendet, wodurch sie nur bis zu Betriebsströmen von einigen Milliampere verwendet
werden können, ohne daß die Kathode sich unzulässig hoch erwärmt und dadurch unstabil
wird. Ein anderes Anwendungsgebiet von Kaltkathoden ist das der Kaltkathodenleuchtstofflampen,
welche im allgemeinen mit Hohlkathoden und Erdalkalioxydaktivierung gebaut werden.
Durch den relativ hohen Kathodenspannungsabfall dieser Kathoden ist die Wirtschaftlichkeit
solcher Leuchtstofflampen gering, da die Kathodenverluste einen wesentlichen Teil
des gesamten Stromverbrauches ausmachen.
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Es sind auch bereits Kaltkathoden mit einem wesentlich geringeren
Kathodenspannungsabfall bekannt. Bei diesen sogenannten Erdalkalimetallfilmkathoden
liegt der Kathodenspannungsabfall in der Größenordnung von etwa 20 Volt, wodurch
sich bei gleichem Entladungsstrom ein wesentlich geringerer Leistungsverlust und
dadurch auch eine kleinere Kathodenerwärmung ergibt, so daß auch deren Oberfläche
kleiner gehalten werden kann. Diese Metallfilmkathoden haben jedoch den großen Nachteil,
daß ihre Lebensdauer nur einen Bruchteil der Lebensdauer der mit einer Schicht aus
Erdalkalioxyd versehenen Kathoden beträgt. Um die Lebensdauer zu erhöhen, hat man
auch schon Kathoden verwendet, die aus einem porösen Sinterkörper aus Wolfram bestehen,
der mit einer Kathodenmasse auf Erdalkalibasis getränkt ist. Beim Verbrauch des
an der Ober-
fläche befindlichen Kathodenmaterials liefern diese Kathoden
durch Diffusion von innen heraus weiteres Material nach, so daß an der Oberfläche
immer ein Metallfilm vorhanden ist. Es handelt sich hierbei um sogenannte Vorratskathoden.
Diese Art der Kathoden hat sich jedoch nur bei Entladungsröhren mit hohem Betriebsdruck
bewährt, z. B. bei Quecksilberhochdruckbrennern, da sie bei Verwendung in Niederdruckentladungsröhren,
zu welchen auch die Kaltkathodenthyratrone und Kaltkathodenleuchtstofflampen gehören,
eine sehr hohe Kathodenzerstäubung aufweisen.
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Die Erfindung hat sich nun die Aufgabe gestellt, eine für Niederdruckentladungsröhren
verwendbare Kaltkathode zu schaffen, die sowohl einen geringen Kathodenspannungsabfall
als auch eine hohe Lebensdauer besitzt.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß im Inneren des Hohlzylinders
ein= an die Kathodenzuleitung angeschlossener elektrischer Heizkörper mit einer
von diesem beheizbaren, beim Erhitzen verdampfenden Aktivierungsmasse zur selbsttätigen
Regenerierung und wiederholten Nachlieferung der elektronenemittierenden. Schicht
am Hohlzylinder während des Betriebes angeordnet ist, an dem bei Verarmung der elektronenemittierenden
Schicht die Entladung ansetzt und durch den den Heizkörper durchfließenden Entladungsstrom
erneut eine elektropenemittierende
Schicht an der Innenfläche des
Hohlzylinders erzeugt wird. Dieser Vorgang wiederholt sich automatisch, solange
noch genügend Aktivierungsmasse im Inneren des Hohlzylinders vorrätig ist. Da die
Regenerierung nur Bruchteile einer Sekunde dauert, wird dieser Vorgang beim Betrieb
der Entladungsröhre überhaupt nicht bemerkt. Je nach der Menge der im Hohlzylinder
angeordneten Kathodenmasse kann somit bei geringem Kathodenspannungsabfall eine
Lebensdauer erzielt werden, die wesentlich größer ist als die Lebensdauer der bekannten
Kaltkathoden mit -eurer aus Erdalkalioxydmasse bestehenden elektronenemittierenden
Schicht. Zufolge des Metallfilms ergibt sich ein geringer Kathodenspannungsabfall,
so daß die Verluste während des Betriebes der Kathode klein sind. Die erfindungsgemäße
Kaltkathode kann daher auch erheblich geringere Abmessungen aufweisen als die bekannten
Oxydkathoden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann mindestens ein Teil des
Heizkörpers von der Aktivierungsmasse ummantelt sein. Dadurch ergibt sich ein guter
Wärmeübergang vom Heizkörper zur Aktivierungsmasse, so daß in kürzester Zeit eine
ausreichende Menge der Aktivierungsmasse verdampft, um den elektronenemittierenden
Metallfiten an der Innenfläche des Hohlzylinders zu regenerieren.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der vorzugsweise
aus einer Wolframwendel bestehende Heizkörper an einem freien Ende eine blanke,
in Richtung der Entladung weisende Elektrode, vorzugsweise in Form einer Spitze,
aufweisen. Dadurch wird nach Verbrauch des Metallfilms an der Innenfläche des Hohlzylinders
die Entladung auf die blanke Elektrode des Heizkörpers übergehen, so daß der gesamte
Heizkörper vom Entladungsstrom durchflossen wird und die Aktivierungsmasse gleichmäßig
beheizt und gleichmäßig abgedampft wird.
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Vorzugsweise soll die Aktivierungsmasse aus Oxyden eines oder mehrerer
Erdalkalimetalle, wie z. B. Strontium, Barium oder Kalzium, bestehen. Es hat sich
gezeigt, daß diese Materialien für die erfindungsgemäßen Zwecke besonders geeignet
sind und bei sparsamem Materialverbrauch einen geringen Kathodenspannungsabfall
und eine hohe Lebensdauer ergeben.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Kaltkathode teilweise im Schnitt dargestellt. Der aus Metall, vorzugsweise aus Eisen,
Nickel; Molybdän, Tontal, Wolfram oder deren Legierungen bestehende Hohlzylinder
1 ist einseitig offen ausgebildet und steht an seinem geschlossenen Ende mit der
Stromzuführung 2 in leitender Verbindung. Im Inneren des Hohlzylinders
1 ist ein aus einer Wolframwendel3 bestehender Heizkörper angeordnet, der
von einer Aktivierungsmasse 4, z. B. von einem Erdalkalimetalloxyd, ummantelt ist.
Die Wolframwendel3 ist an einem Ende mit der Stromzuführung 2 leitend verbunden
und besitzt in Richtung der Entladung eine blanke Spitze 5.
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Sobald die Betriebsspannung nach Einbau der neuen Kathode in eine
Entladungsröhre erstmals an die Stromzuführung 2 angelegt wird, beginnt die
Entladung zunächst an der Spitze 5 der Wolframwendel 3. Der Entladungsstrom fließt
dabei durch die Wolframwedel3 und bringt diese zum Glühen. Dadurch wird die Kathodenmasse
4 beheizt, so daß ein Teil derselben verdampft und sich an der Innenfläche
6 des Hohlzylinders 1 als dünner elektronenemittierender Metallfilm niederschlägt.
Da der Metallfilm einen geringeren Spannungsabfall aufweist als die Spitze 5 der
Wolframwendel 3, wechselt die Entladung von der Spitze 5 auf die Innenfläche
6 des Hohlzylinders 1 über. Sobald der Spannungsabfall der Innenfläche 6
nach Verbrauch des darauf befindlichen Metallfilms wieder größer wird als der Spannungsabfall
der Spitze 5, springt die Entladung wieder auf die Spitze 5 über, wodurch die Wolframwendel
3 wieder beheizt wird, ein Teil der Aktivierungsmasse 4 verdampft und sich auf der
Innenfläche 6 ein neuer Metallfilm ausbildet. Die Entladung geht sodann wieder von
der Spitze 5 auf die Innenfläche 6 zurück. Dieser Vorgang wiederholt sich, solange
der im Inneren des Hohlzylinders 1 angeordnete Vorrat an Aktivierungsmasse
4 zur Regenerierung des Metallfilms auf der Innenfläche 6 ausreicht.