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Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Entladungsröhren mit Glühkathode, bei denen eine Bogenentladung durch eine neutrale Gasfüllung zwischen feststehenden Elektroden stattfindet und die sich besonders zur Verwendung als Gleichrichter eignen.
Es sind bereits Gleichrichter dieser Art bekannt, bei denen die Kathode aus einer Spirale aus schwer schmelzbarem Stoffe, wie z. B. Wolfram besteht, welche durch einen elektrischen Strom auf die erforderliche hohe Temperatur erhitzt wird. Diese Bauart bietet den Vorteil, dass die Bogenentladung bei den üblichen Netzspannungen hergestellt werden kann, hat aber anderseits den Nachteil, dass die Kathodenspirale in der Regel nur eine kurze Lebensdauer hat und das Erwärmen des Glühfadens eine erhebliche Menge Energie erfordert.
Man hat auch bereits vorgeschlagen, für die Glühkathode ein massives Böckchen oder Kügelchen aus Wolfram oder anderem geeignetem schwer schmelzbarem Stoffe zu verwenden, das durch den Entladungsstrom in glühendem Zustande gehalten wird. Zwecks Herstellung der Bogenentladung, wird bei diesen Röhren ein Glühfaden benutzt, er die Kathode durch Strahlung und Leitung von Wärme erhitzt und der zugleich dazu dient, einen Hilfsbogcn zu bilden, der gleichfalls die Temperatur der Kathode erhöht. Sobald die Kathode glüht, wird dieser Hilfsglühfaden ausgeschaltet, worauf der Bogen zwischen der zum Glühen gebrachten Kathode und der Anode bestehen bleibt.
Der, Hilfsglühfaden erschwert die Herstellung der Röhren und es hält oft schwer, den richtigen Moment zum Ausschalten, des Hilfsglühfadens, zu wählen. Man hat daher bereits angegeben, den Hilfsglühfaden fortzulassen und zum Einleiten der Bogenentladung eine vorübergehend hohe Spannung zwischen den Elektroden anzulegen, in welchem Falle zu deren Erregung eine besondere Wicklung auf dem Transformator erforderlich ist. Es wird dann ausserdem zum Herabsetzen der Zündspannung die Kathode mit einer scharfen Spitze angeführt.
Der Gleichrichter gemäss der Erfindung vereinigt die Vorteile der bisher bekannten Gleichrichter und behebt mehrere der genannten Schwierigkeiten.
Bei dem Gleichrichter gemäss der Erfindung findet die Bogenentladung auf bekannte Weise zwischen feststehenden Elektroden in einer Edelgasfüllung statt. Die Kathode wird durch die Entladung auf Glühtemperatur gehalten, während die Anode auf verhältnismässig niedriger Temperatur bleibt. Der Gleichrichter gemäss der Erfindung ist durch Form und Anordnung der Elektroden und Zusammensetzung und Druck der Gasfüllung gekennzeichnet. Diese sind derart gewählt, dass beim Anlegen an die Elektroden einer Netzspannung von der für Beleuchtungsnetze allgemein üblichen Grössen- ordnung (220 Volt, 380 Volt usw. ) eine Glimmentladung auftritt, die selbsttätig in eine Bogenentladung übergehe.
Ein Widerstand geeigneter Grösse wird in Serie mit den Elektroden angebracht, damit einerseits ein Übergang von der Glimmentladung zur Bogenentladung stattfinden kann und anderseits die Stromstärke der Bogenentladung nicht so gross wird, dass sie störend wirken könnte.
Zur leichteren Bildung der Glimmentladung können gemäss der Erfindung in der Nähe einer oder beider Elektroden eine oder mehrere Hilfselektroden für die Glimmentladung angebracht sein :
Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Einrichtung zum Betrieb von Gleichrichtern, bei welcher der Gleichrichter mit zwei gleichförmigen Elektroden versehen ist, zwischen denen zuerst eine Glimmentladung und dann eine sich aus ihr ergebende Bogenentladung hervorgerufen wird, so dass die Elektroden zum Glühen gelangen und worauf dann schliesslich die gleichrichtende Bogenentladung zwischen der Anode und einer der beiden Elektroden als Kathode eingeleitet wird.
Beiverwendung zweier Gleichrichterrohren kann man weiter gemäss der Erfindung eine sehr einfache Schaltung dadurch erhalten, dass jeder der Gleichrichter mit einer der beiden Hälften der Sekundärwicklung eines Transformators mit abnorm hohem Spannungsabfall derart verbunden wird, dass die Gleichrichter abwechselnd Strom durchlassen. Bei einer solchen Einrichtung kann man durch einfache Einschaltung eines einpoligen Schalters beide Röhren in Betrieb setzen.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen, in denen einige Schaltungen unter Anwendung des neuen
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der Erfindung, bei welcher eine Kathode und eine einzige Anode vorgesehen ist und bei der ein Potentiometer benutzt wird. Fig. 2 zeigt eine Gleichrichterschaltung gemäss der Erfindung, bei welcher eine Anode und eine Kathode vorgesehen ist und bei welcher ein Transformator üblicher Bauart zur Verwendung gelangt. Fig. 3 zeigt die Schaltung einer Röhre mit einer einzigen Anode und zwei Elektroden, die als Kathode funktionieren können, mit den zugehörigen Vorrichtungen. Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Einrichtung mit zwei Gleichrichtern gemäss der Erfindung, wobei ein Transformator mit abnorm hohem Spannungsabfall benutzt wird.
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In Fig. 1 ist 1 die gläserne Hülle einer Gleichrichterröhre gemäss der Erfindung, die mit Füssen 5 und 6 versehen ist, in die Stütz-und Stromzuführungsdrähte für eine Kathode 3 und eine Anode 2 eingeschmolzen sind. Die Kathode kann aus Wolfram, Molybdän oder einem andern geeigneten Stoffe mit hohem Schmelzpunkt bestehen und hat eine derartige Form, dass sie durch die Bogenentladung auf Gluthitze, zweckmässig über 20000 Cerwärmt wiÍd. Die Kathode kann, wie in der Zeichnung dargestellt, aus einer Verdickung am Ende eines verhältnismässig dünnen Stromzuführungsdrahtes bestehen. Obwohl die Kathode auch punktförmig endigen kann, ist dies für den Zweck der Erfindung in der Regel nicht notwendig. Die Anode 2 kann, z.
B. aus Wolfram, Molybdän, Nickel oder Tantal bestehen und muss eine derartige Form haben, dass sie beim Betrieb auf einer verhältnismässig niedrigen Temperatur bleibt, vorzugsweise unter der Temperatur, bei der sie selbständig Elektronen aussenden würde. Zu diesem Zwecke gibt man der Anode eine bedeutend grössere Masse als der Kathode ; auch kann man den Stromzuführungsdraht verhältnismässig dick gestalten oder die Anode in irgendeiner geeigneten Weise kühlen.
Schliesslich sind die Elektroden derart ausgebildet und angeordnet, dass sie die Bildung einer Glimmentladung bei üblicher Netzspannung erleichtern, und insbesondere ist die Kathode derart ausgestaltet, dass sie durch die Glimmentladung erwärmt wird, wodurch letztere in einen Bogen übergeht.
Die Zusammensetzung und der Druck der Edelgasfüllung werden zu diesem Zwecke besonders gewählt. Sehr vorteilhaft ist eine Gasfüllung, die aus einem Edelgas mit einem kleinen Zusatz eines andern Edelgases besteht, dessen Jonisierungsspannung niedriger ist als die Jonisierungsspannung der ändern. So kann die Gasfüllung, z. B. mit Vorteil aus einem Gemisch von Neon mit einem Zusatz von 0-5-3% Argon, vorzugsweise aus Neon mit etwa 1% Argon bestehen.
Beispielsweise sei erwähnt, dass, wenn die Rohre für eine Netzspannung von 220 Volt Wechselstrom bestimmt ist, die folgenden Werte gewählt werden können. Die Gasfüllung, die aus einem Gemisch von Neon mit einem Zusatz von 1% Argon besteht, weist einen Druck von 25-40 cm Quecksilber auf, während der Abstand zwischen den Elektroden 0-5-1 mm beträgt. Was den Druck der Gasfüllung betrifft, kann im allgemeinen bemerkt werden, dass ein niedriger Druck die Bildung der Glimmentladung erleichtert ; bei abnehmendem Druck nimmt aber die Zerstäubung der Glühkathode zu, so dass man den Druck nicht nach Belieben herabsetzen kann. Mit einem Gasdruck* von weniger als 3 cm können sicher keine guten Ergebnisse mehr erzielt werden.
Ein erheblich höherer Gasdruck ist zulässig, wenn man gewisse Hilfsmittel benutzt, die Bildung der Glimmentladung zu erleichtern. So kann man, z. B. gegenüber dem Kathodenzuführungsdraht eine Hilfselektrode anordnen, welche eine Glimmentladung einleitet, wodurch die Bildung der Glimmentladung, die in die Bogenentladung übergehen muss, gefördert wird.
Auch kann man, z. B. die Kathode erwärmen, wodurch die Zündspannung der Glimmentladung gleichfalls herabgesetzt wird. Man kann dazu, beispielsweise in der Nähe der Kathode, eine Erwärmungsspirale anbringen.
Die Einrichtung gemäss Fig. 1 enthält ein Potentiometer gh, dessen Enden mit einer Spannung von der für Verteilungsnetze für Beleuchtung und ähnliche Zwecke üblichen Grössenordnung, z. B.
220 Volt verbunden sind. Parallel zu dem Widerstand gh ist ein gleicher Widerstand km gelegt ; über beide kann ein Schieber mit Kontakten o und p vor-und rückwärts bewegt werden. Zur Herstellung der Entladung versetzt man den Schieber zunächst in eine Stellung, so dass eine genügende Spannung an die Elektroden angelegt wird. Dann verschiebt man op hinauf, derart, dass die Spannung gp abnimmt und keine Gefahr vorhanden ist, dass die Röhre in der falschen Richtung Strom durchlassen würde, wobei man mit op zugleich die Stärke des Stromes durch die Batterie 33 regeln kann. Beim Verschieben des Schiebers op ist stets ein Widerstand gleicher Grösse (ph + ko) mit Gleichrichter und Batterie in Serie geschaltet.
Die Einrichtung gemäss Fig. l ist sehr einfach und leicht zu verwenden, hat aber den Nachteil, nicht sehr wirtschaftlich zu sein.
Wirtschaftlicher ist die Schaltung gemäss Fig. 2, wobei die Einrichtung einen Transformator enthält, dessen Primärwicklung 9 an ein Netz üblicher Spannung, beispielsweise von 220 Volt angelegt sein kann. Beim Einschalten des Gleichrichters wird ein Schalter 11 in die Stellung a gebracht, wodurch die volle Netzspannung an die Elektroden angelegt wird. Zwischen ihnen entsteht nun-eine Glimmentladung ; die alsbald in eine Bogenentladung übergeht, wodurch die Kathode 3 zum Glühen gebracht wird. Ein Vorschaltwiderstand 10 ist derart gewählt, dass einerseits die Bildung der Bogenentladung möglich ist, anderseits aber die Stromstärke nicht zu hoch wird.
Ist die Kathode zum Glühen gebracht, so wird der Schalter 11 in die Stellung b versetzt, wodurch die Sekundärwicklung 8 in dem Kreis der Elektroden liegt : Durch den hindurchgehenden Gleichstrom wird nun die Batterie 13 aufgeladen, während die Stromstärke in dem Kreis durch den Regulierwiderstand 12 geregelt werden kann. Die Spannung der Sekundärwicklung 8 ist zweckmässig ebenfalls regulierbar. Man kann auch den Schalter 11 automatisch, z. B. durch elektromagnetische Wirkung, von der Stellung a in die Stellung b übergehen lassen.
In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Hiebei wird zunächst eine Bogenentladung zwischen Elektroden 16 und 17 hergestellt, die dann zwischen einer dieser Elektroden und einer Anode 15 den gleichrichtenden Bogen einleitet. Ein Schalter 20 wird zunächst in die Stellung versetzt, in welcher der Schalterhebel auf dem Kontaktstück e ruht und die volle Netzspannung an die
Elektroden 16 und17 angelegt wird. Zur leichteren Bildung der Glimmentladung zwischen den Elektroden 16
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auftretende Bogenentladung wird durch einen Widerstand M begrenzt. Sind die Elektroden 16 und 17 zum Glühengebracht, so wird der Schalter 20 in die Stellung d gebracht, wodurch auch der Bogen zwischen den Elektroden 17 und 15 entsteht und zugleich die aufladende Batterie 8. ! eingeschaltet wird.
Sobald dieser Bogen hergestellt ist, versetzt man den Schalter 20 in die Stellung e, wodurch die Bogenentladung zwischen 16 und 17 aufhört. Die Batterie 21 kann nun aufgeladen werden, wobei die Stromstärke mit Hilfe eines Widerstandes 22 und durch Regulierung der Spannung der Sekundärwicklung des Trans- Eormators. 23 geregelt wird. Die Gasfüllung bei der in Fig. 3 dargestellten Röhre kann unter sonst gleichen Verhältnissen einen höheren Druck aufweisen als bei der Ausführungsform gemäss Fig. 2. Bei einer Netzspannung von 220 Volt, z. B. unter Benutzung der gleichen Gasfüllung, wie für die Ausführungsform nach Fig : 2 angegeben wurde, kann bei einem Abstand zwischen den Elektroden 16 und 17 von etwa 1 mm der Druck der Gasfüllung 50 cm betragen.
Der Vorteil der in Fig. 3 dargestellten Röhre ist, dass der Abstand zwischen Kathode und Anode grösser sein kann als bei der Röhre nach Fig. 2, obwohl die Herstellung der gleichrichtenden Bogenentladung stets gesichert ist. Man kann die Schaltung auch derart einrichten, dass anstatt der Elektrode 17, die Elektrode 16 als Kathode auftritt. In dieser Weise kann auch die Lebensdauer der Röhre noch erhöht werden.
-Fig. 4ist-eine Einrichtung mit zwei Gleichrichterröhren 25 und 26, welche sich durch besondere Einfachheit auszeichnet. Der Transformator mit Primärwicklung 28 und Sekundärwicklung 29-30 ist derart gebaut, dass bei steigender Stromzufuhr die Sekundärspannung sehr stark sinkt. Jede Röhre ist mit einer Hälfte der Sekundärwicklung verbunden, die beiden Hälften sind möglichst identisch ausgeführt.. Beim Einschalten soll die Spannung der beiden Hälften 29 und 30 so hoch sein, dass die Bogenentladungen in den Röhren 25 und 26 entstehen können. Während der halben Periode, in welcher Strom in 25 durchfliesst, muss in der Wicklung 29 die Spannung auf einen der Spannung des Bogens und der Spannung der Batterie entsprechenden Wert herabgesunken sein.
Aber auch die Spannung in der Wicklung 30 muss so weit herabgesunken sein, dass durch die Röhre 26 (in der während dieser halben Periode die Anode negativ in bezug auf die Kathode ist) gar kein oder praktisch kein Strom durchfliesst.
Es ergibt sich somit, dass nach dem Schliessen des einpoligen Schalters 32 allrs Umschalten überflüssig ist.
Die Vorteile des Gleichrichters gemäss der Erfindung treten bei dieser Einrichtung sehr stark in den Vordergrund. Es ist einleuchtend, dass bei Gleichrichterröhren gemäss der Erfindung auch mehrere Anoden oder mehrere Elektrodenpaare, zwischen denen eine gleichrichtende Bogenentladung hergestellt wird, benutzt werden können, ohne von dem Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. Entladungröhren gemäss der Erfindung können auf Wunsch auch zu andern Zwecken als zum Gleichrichten des Wechselstromes, z. B. zur Beleuchtung, angewendet werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Entladungsröhre mit eingeschlossener Bogenentladung zwischen feststehenden Elektroden m einer Edelgasfüllung, wobei die Kathode aus einem schwer schmelzbaren Stoffe hergestellt ist und durch die Entladung auf Glühhitze gehalten wird und die Anode auf verhältnismässig niedriger Temperatur bleibt, dadurch gekennzeichnet, dass Form und Anordnung der Elektroden und Zusammensetzung und Druck der Gasfüllung derart gewählt sind, dass beim Anlegen der Elektroden an eine Spannung von der für Beleuchtungsnetze allgemein üblichen Grössenordnung zunächst eine Glimmentladung auftritt und dass diese Glimmentladung darauf selbsttätig in die Bogenentladung übergeht.