DE742266C

DE742266C - Electric cathode glow tubes to keep voltages constant

Info

Publication number: DE742266C
Application number: DEP79528D
Authority: DE
Inventors: Dr Hans Ewest; Georg Gaidies
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1939-07-26
Filing date: 1939-07-26
Publication date: 1943-11-26

Description

Elektrische Kathodenglimmlichtröhre zur Konstanihaltung von Spannungen Zur Konstanthaltung von Spannungen dienende Kathodenglimmlichtröhren, die üblicherweise ein die Elektrode und die Edelgasfüllung enthaltendes Glasgefäß aufweisen, werden bei einer maximalen Belastung der Kathodenoberfläche von etwa :2 mA/cm 2 Oberfläche in der Regel für Stromstärken von i bis Zoo mA verwendet. Darüber hinaus geht man meist nicht, einesteils, damit die Glasgefäße der Kathodenglimmlichtröhren nicht zu groß werden, und andere4teils, damit die Gefahr eines Umschlagens der Glimmentladung in die andere Spannungsbedingungen erzeugende Bogenentladung Vermieden wird. Bei derartigen Kathodenglimmlichtröhren darf erfahrungsgemäß -die Temperatur des Gefäßes etwa Zoo bis 25o° C und damit die Temperatur der Kathode etwa 3oo bis 4oo° C nicht übersteigen, weil sonst von der Gefäßwand Gase abgegeben werden, die zu einer unerwünschten Veränderung des Kathodenfalles und damit der Spannungsaufnahme der Röhre Anlaß geben. Es muß demgemäß sowohl die Kathode als auch das umschließende Glasgefäß stets steigend mit der Stromstärke des konstant zu haltenden Spannungsbereiches entsprechend groß bemessen werden. . Für Stromstärken von maximal zoo mA sind daher beispielsweise Kathodenglimmlichtröhren gebräuchlich, deren zylindrisches Glasgefäß bei einem Durchmesser von etwa 40 mm eine Länge von etwa i 5o mm besitzt. Die in üblicher Weise aus einem zylindrischen Eisenblech bestehende Kathode besitzt hierbei einen Durchmesser von etwa 30 mm und eine Länge von 9o mm.Electric cathode glow tube to keep voltages constant Cathode glow tubes that are used to keep voltages constant, which usually have a glass vessel containing the electrode and the noble gas filling, are used with a maximum load on the cathode surface of about: 2 mA / cm 2 surface, usually for currents from i to zoo mA used. In addition, one usually does not go, partly so that the glass vessels of the cathode glow tubes do not become too large, and partly so that the danger of the glow discharge changing over to the arc discharge producing other voltage conditions is avoided. In the case of such cathode glow tubes, experience has shown that the temperature of the vessel must not exceed about 250 to 25o ° C and thus the temperature of the cathode about 300 to 400 ° C, because otherwise gases are emitted from the vessel wall which lead to an undesirable change in the cathode fall and thus the Voltage absorption of the tube. Accordingly, both the cathode and the enclosing glass vessel must be dimensioned correspondingly large, always increasing with the current intensity of the voltage range to be kept constant. . For current intensities of a maximum of zoo mA, for example, cathode glow tubes are used, the cylindrical glass vessel of which has a length of about 150 mm with a diameter of about 40 mm. The cathode, which usually consists of a cylindrical sheet of iron, has a diameter of about 30 mm and a length of 90 mm.

Bei Elektronenröhren und Gleichrichtern hat man, wie bekannt, schon vielfach, und zwar vornehmlich zur Erhöhung der Bruchfestigkeit, von Metallgefäßen Gebrauch gemacht und diese dabei auch schon zur Ersparung von Baustoff als Anode oder Kathode geschaltet. Die Erfindung geht nun voa der Erkenntnis aus, daß das bei Kathodenglimmlichtröhren zur Konstanthaltung von Spannungen bisher stets verwendete Glasgefäße zu einer unnützen schädlichen Wärmestauung führt und die Wirkungsweise der Röhre, und zwar insbesondere bei höheren Belastungen derselben, schädlich beeinfluht. Die Erfindung besteht demgemäß in der Verwendung eines die Kathode bildenden, mit Edelgasen und gegebenenfalls auch Metalldämpfen gefüllten Metallgefäßes, in dessen metallischer Abschlußplatte sowohl der zur eingeschlossenen Anode führende Stromzuführungsdraht als auch gegebenenfalls die zi# den eingeschlossenen Zwischenelektroden führenden Stromzufülirungsdrähte je mittels eines Glastropfens eingeschmolzen sind, als Gehäuse einer elektrischen Kathodenglimmlichtröhre zur Konstanthaltung von Spannungen. Die Verwendung eines solchen Elektrodengefäßes bietet bei Kathodenglimmlichtröhren den besonderen Vorteil, daß das Entladungsgefäß bei sehr hohen Temperaturen entgast werden kann, so daß Elektroden sehr hoher Reinheit erhalten werden. Das ist für Kathodenglimmlichtröhren, die zur Konstanthaltung von Spannungen dienen, sehr wichtig, da auf diese Weise wirklich konstante Spannungen auch bei hoher Belastung der Röhre erhalten werden. Die Röhre ist auch deswegen hoch belastbar, weil praktisch die ganze äußere Hülle an der Stromführung teilnimmt und ihre durch die Strombelastung entstandene Wärme frei nach außen abstrahlen kann. Die ungehinderte Wärmeabstrahlung ermöglicht es dabei, die Kathode und damit die Röhre wesentlich kleiner zu gestalten. Durch den Fortfall des umschließenden Glasgefäßes findet außerdem noch zusätzlich eine weitere- wesentliche Verkleinerung des ganzen Raumbedarfes der Röhre statt. Zu einer erfindungsgemäß ausgebildeten Kathodenglimmlichtröhre zur Konstanthaltung von Spannungen für maximal ioe m A benötigt man beispielsweise jetzt nur noch eine gleichzeitig das Röhrengefäß bildende zylindrische Kathode von 25 mm Durchmesser und .4o mm Länge. Der Raumbedarf einer solchen Röhre ist gegenüber den bisher zur Spannungskonstanthaltung gebräuchlichen Röhren mit äußerem Glasgefäß nur etwa 11", was naturgemäß sowohl hinsichtlich Handhabung als auch Versand der Röhre - ein wesentlicher Vorteil ist. Ähnliche beträchtliche Verkleinerungen des Raumbedarfes ergeben sich bei Röhren für kleinere oder auch größere Stromstärken als ioo mA.With electron tubes and rectifiers, as is well known, one already has in many cases, primarily to increase the breaking strength, of metal vessels Made use of and this at the same time to save building material connected as an anode or cathode. The invention is now based on the knowledge that this has always been the case with cathode glow tubes to keep voltages constant Glass vessels used lead to a useless, harmful build-up of heat and the mode of action of the tube, especially when it is subjected to higher loads. The invention accordingly consists in the use of a cathode forming with Noble gases and possibly also metal vapors filled metal vessel, in its metallic end plate and the power supply wire leading to the enclosed anode as well as optionally leading the zi # the enclosed intermediate electrodes Stromzufülirungsdrraht are each melted by means of a glass drop, as a housing an electric cathode glow tube to keep voltages constant. the The use of such an electrode vessel is offered in the case of cathode glow tubes particular advantage that the discharge vessel degassed at very high temperatures can be so that electrodes of very high purity are obtained. This is for Cathode glow tubes, which are used to keep voltages constant, are very important, because in this way there are really constant voltages even with high loads on the tube can be obtained. The tube is also highly resilient because it is practical whole outer shell participates in the current conduction and its due to the current load can radiate generated heat freely to the outside. The unhindered radiation of heat makes it possible to make the cathode and thus the tube much smaller. The omission of the enclosing glass vessel also takes place in addition a further substantial reduction in the overall space requirement of the tube takes place. To a cathode glow tube designed according to the invention for keeping constant of voltages for a maximum of 10 m A, for example, only one is now required at the same time the tubular vessel forming a cylindrical cathode with a diameter of 25 mm and .40 mm in length. The space required for such a tube is compared to the previous Constant voltage maintenance of common tubes with an outer glass vessel only about 11 ", which, of course, both in terms of handling and shipping the tube - an essential one Advantage is. Similar considerable reductions in space requirements result with tubes for smaller or larger currents than 100 mA.

Weitere Vorteile der neuen Röhren zur Spannungskonstanthaltung liegen in einer durch den Fortfall des Glasgefäßes bedingte.i größeren Bruchfestigkeit und in einer höheren Temperaturwechselbeständigkeit. Es kann nicht mehr vorkommen, daß die Röhren allein durch plötzliche Abkühlung springen. Endlich führt die Verkleinerung der Kathode nebst Fortfall des Glasgefäßes auch noch zii einer beträchtlichen Materialersparnis nelyst l-ler absetzung der Herstellungskosten.There are further advantages of the new tubes for maintaining constant voltage due to the fact that the glass vessel is no longer there, it is more resistant to breakage and in a higher thermal shock resistance. It can't happen anymore that the tubes jump through sudden cooling alone. Downsizing finally leads the cathode and the elimination of the glass vessel also save a considerable amount of material nelyst l-ler deduction of manufacturing costs.

Um bei der Benutzung der Röhre die Gefahr eines elektrischen Schlages durch zufällige Berührung der Kathode sowie auch einen Kurzsehluß durch Inberührungkommen der Kathode mit irgendwelchen elektrischen Leitungen auszuschließen, wird die Kathode zweckmäßig außen mit einem isolierenden Überzug, etwa aus Emaille, Aluminium-, Magnesium- oder Zirkonoxyd, versehen. Eine besonders weitgehende Verkleinerung der Kathode und damit des Röhrengefäßes wird erzielt, wenn zur Füllung der Röhre nicht, wie bisher meist üblich, ein Gemisch von etwa ;5 °l0 Neon und 25 °j`o Helium, sondern, wie dies schon gelegentlich bei Glimmlampen zur Spannungskonstanthaltung vorgeschlagesi wurde, reines Helium verwendet wird. Die höhere Wärmeleitfähigkeit dieses Gases läßt die Verkleinerung des Röhrengefäßes zu.To avoid the risk of electric shock when using the tube by accidental contact with the cathode as well as a short circuit by coming into contact Excluding the cathode with any electrical leads becomes the cathode expediently with an insulating coating on the outside, for example made of enamel, aluminum, magnesium or zirconium oxide. A particularly extensive reduction in the size of the cathode and thus the tubular vessel is achieved if not how to fill the tube so far mostly common, a mixture of about; 5 ° l0 neon and 25 ° j`o helium, but, as has been suggested occasionally with glow lamps to keep the voltage constant pure helium is used. The higher thermal conductivity of this gas allows the tubular vessel to be reduced in size.

Auf der Zeichnung sind in den Abb. i und 2 zwei Ausführungsbeispiele von gemäß der Erfindung ausgebildeten, zur Konstanthaltung von Spannungen dienenden Kathodenglimmlichtröhren je im Schnitt dargestellt.On the drawing are in Figs. I and 2, two embodiments of trained according to the invention, serving to keep voltages constant Cathode glow tubes each shown in section.

Die in Abb. i gezeigte einstreckige Röhre besteht aus einem das Röhrengefäß und gleichzeitig auch die Kathode bildenden zylindrisehen Eisentopf i, der an seinem unteren Rande durch eine angelötete Grundplatte vollkommen vakuumdicht abgeschlossen ist. Der Eisentopf i ist zweckmäßig mit Helium, das unter einem Druck von io bis 5o Torr steht, gefüllt und enthält im Innern eine koaxial zum Topf angeordnete zylindrische Anode 3, die von einem an der Deckwand des Topfes etwa mittels Glaslotes befestigten keramischen Isolierkörper .I getragen wird. Die Anode 'ist von einem Netzzylinder 5 umschlossen, dessen oberes Ende an der inneren Decktvand des Eisentopfes i angelötet und dessen unteres Ende an der Anode 3 unter Zwischenschaltung des isolierenden Keramikringes 6 befestigt ist. Durch den mit der Kathode i leitend verbundenen Netzzylinder ; wird die wirksame Kathodenoberfläche vergrößert und die gesamte Kathodenoberfläche auf besonders kleinen Raum zusammengedrängt. In der Abschlußplatte 2 ist ein metallisches Pumpröhrchen 7 eingelötet, dessen äußeres Ende nach Entlüften des Eisentopfes i ufid Einbringen der Gasfüllung geschlossen wird, etwa durch Zuquetschen und nachfolgendes Verlöten oder Verschweißen der Ouetschstelle. An der Abschlußplatte 2 ist der eine Stromzuführungsdraht8 unmittelbar angelötet. Der andere, an der Anode 3 angelötete Stromzuführungsdraht 9 ist mit einer Glasperle io in der Abschlußplatte -- oder einem in dieser eingelöteten kleinen Rohrstutzen i i eingeschmolzen und nach außen geführt. Unmittelbar oberhalb der Abschlußplatte 2 ist im Eisentopf eine ringförmige Eindrückung 12 vorgesehen, die zur Befestigung eines Sockelringes 13 dient, der eine keramische Grundplatte 14 umschließt. In letzterer sind zwei Sockelstifte i5, 16 befestigt, von denen einer mit der Stromzuführung 8 und der andere mit der Stromzuführung 9 verbunden ist. Zwischen den beiden Sockelstiften 15, 16 ist an der keramischen Grundplatte 14 noch eine aus dem gleichen keramischen Baustoff bestehende Buchse 17 angebracht, . die zur geschützten Unterbringung des metallischen Pumpröhrchens dient. Die Außenfläche der Kathode i und auch des Sockelringes 13 <sind mit isolierenden Überzügen 18, zweckmäßig Emailleüberzügen, versehen. .The single-length tube shown in Fig. I consists of a cylindrical iron pot i, which forms the tubular vessel and at the same time also the cathode, which is completely vacuum-tight at its lower edge by a soldered-on base plate. The iron pot i is expediently filled with helium, which is under a pressure of 10 to 50 Torr, and contains a cylindrical anode 3 on the inside, which is arranged coaxially with the pot and carried by a ceramic insulating body .I attached to the top wall of the pot, for example by means of glass solder will. The anode is enclosed by a mesh cylinder 5, the upper end of which is soldered to the inner cover wall of the iron pot i and the lower end of which is attached to the anode 3 with the interposition of the insulating ceramic ring 6. Through the network cylinder conductively connected to the cathode i; the effective cathode surface is enlarged and the entire cathode surface is compressed into a particularly small space. A metallic pump tube 7 is soldered into the end plate 2, the outer end of which is closed after the iron pot has been vented after the gas filling has been introduced, for example by squeezing and subsequent soldering or welding of the pinch point. One power supply wire 8 is soldered directly to the end plate 2. The other power supply wire 9 soldered to the anode 3 is melted with a glass bead io in the end plate - or a small pipe socket ii soldered into this and led to the outside. Immediately above the end plate 2, an annular indentation 12 is provided in the iron pot, which is used to attach a base ring 13 which encloses a ceramic base plate 14. In the latter two base pins i5, 16 are attached, one of which is connected to the power supply 8 and the other to the power supply 9. Between the two base pins 15, 16, a socket 17 made of the same ceramic building material is attached to the ceramic base plate 14,. which serves to protect the metallic pump tube. The outer surface of the cathode i and also of the base ring 13 <are provided with insulating coatings 18, expediently enamel coatings. .

Während die in Abb. i gezeigte einstreckige Röhre zur Konstanthaltung von Spannungen bis i5o V aufwärts geeignet ist,. kann die in Abb.2 gezeigte mehrstreckige Röhre für Spannungen bis 450 V aufwärts verwendet werden. Die Röhre nach Abb.2 besteht ähnlich wie diejenige nach Abb. i aus einem Röhrengefäß und die Kathode bildenden mit Edelgas, vorzugsweise Helium, gefüllten Eisentopf i, der.durch eine angelötete Eisenplatte :2 vakuumdicht abgeschlossen ist. Im Innern des Eisentopfes i befinden sich außer einer in diesem Falle ebenfalls topfförmigen Anode 3 noch zwei topfförmige Zwischenelektroden i9, 2o, die die Anode konzentrisch umschließen. Durch Keramikkörper 21, 22 und 23 sind die beiden Zwischenelektroden i9, 2o und die Anode 3 gegeneinander und gegenüber der sie alle gemeinsam umschließenden Kathode i abgestützt. Über der metallischen Abschlußplatte 2 lagert eine Keramikplatte 24, in der die unteren Randteile der Anode 3 und der beiden topfförmigen Zwischenelektroden i9, 2o fest eingesetzt sind. Der Stromzuführungsdraht 8 der Kathode ist wiederum unmittelbar an der metallischen Abschlußplatte 2 angelötet, während der Stromzuführungsdraht g für die Anode 3 und auch die beiden Stromzuführungsdrähte 25, 26 für die beiden Zwischenelektroden i9, ao in Glasperlen 10, 27,:28 eingeschmolzen sind, die wiederum den äußeren Abschluß von in der metallischen Abschlußplatte 2 befestigten kleinen Rohrstutzen bilden. Die Kathode ist wie bei der Ausführungsform nach Abb. i auf der Außenfläche mit einem Isolierüberzug 18 versehen. Bei der Benutzung der Röhre wirken die Außenflächen der Zwischenelektroden i9, 2o in bekannter Weise als zusätzliche Anoden und die Innenflächen der Zwischenelektroden als" zusätzliche Kathoden, wodurch in diesem Falle drei hintereinandergeschaltete Entladungsstrecken im Röhreninnern entstehen.While the one-line tube shown in Fig. I for keeping constant from voltages up to i5o V is suitable. can be the multi-segmented one shown in Fig Tube can be used for voltages up to 450 V. The tube according to Figure 2 consists similar to the one according to Fig. i from a tubular vessel and forming the cathode Iron pot filled with noble gas, preferably helium, which is soldered on by a Iron plate: 2 is completed vacuum-tight. Inside the iron pot i are located In addition to one anode 3, which is also pot-shaped in this case, there are two pot-shaped ones Intermediate electrodes i9, 2o, which surround the anode concentrically. By ceramic body 21, 22 and 23 are the two intermediate electrodes i9, 2o and the anode 3 against each other and supported against the cathode i which surrounds them all together. Above the metallic end plate 2 supports a ceramic plate 24, in which the lower edge parts the anode 3 and the two cup-shaped intermediate electrodes i9, 2o firmly inserted are. The power supply wire 8 of the cathode is in turn directly on the metallic one End plate 2 soldered, while the power supply wire g for the anode 3 and also the two power supply wires 25, 26 for the two intermediate electrodes i9, ao in glass beads 10, 27,: 28 are melted, which in turn form the outer finish form of small pipe stubs fastened in the metallic end plate 2. As in the embodiment according to Fig. I, the cathode is on the outer surface an insulating cover 18 is provided. When using the tube, the outer surfaces are effective the intermediate electrodes i9, 2o in a known manner as additional anodes and the Inner surfaces of the intermediate electrodes as "additional cathodes, creating in this In the case of three consecutive discharge paths arise inside the tube.

Die äußere Form der Röhre und damit die Gestalt der Kathode kann eine mannigfach andere sein: Das gleiche gilt für die Gestalt des Sockels. Wird die Röhre mehrstreckig ausgebildet, so können die einzelnen Elektroden auch, wie an sich bekannt, axial nebeneinander statt ineinander angeordnet werden.The outer shape of the tube and thus the shape of the cathode can be a be different in many ways: The same applies to the shape of the base. Will the tube formed in multiple segments, the individual electrodes can also, as is known per se, be arranged axially next to one another instead of one inside the other.

Claims

PATENT CLAIMS: i. The use of a metal vessel, which forms the cathode and is filled with noble gases and possibly also metal vapors, in the metallic end plate of which both the power supply wire leading to the enclosed anode and, if applicable, the power supply wires leading to the enclosed intermediate electrodes are each melted by means of a glass drop, as the housing of an electric cathode glow tube for Keeping tensions constant.

2. cathode glow tube according to claim i, characterized in that; that the Edelgaa filling consists of pure helium.

3. Cathode glow tube according to claim i and 2, characterized characterized in that the cylindrical anode is used to increase the cathode surface area serving, with the cathode conductively connected, appropriately net-shaped metal cylinder is concentrically enclosed, including the anode on the inner top wall of the cup-shaped Cathode is attached.

4. cathode glow tube according to claim i to 3, characterized by a base clamped at the lower end of the housing-shaped cathode, its Base plate made of insulating material with two or more socket pins and a socket that extends over the vent pipe socket of the tube is.