<Desc/Clms Page number 1>
Hohlkathode.
EMI1.1
kathode aus drei Hauptteilen :
1. dem Heizkörper, meistens einer Wolframwendel,
2. dem aktiven emissionsfähigen Teil der Kathode, zweckmässigerweise einem grossflächigen Gebilde aus Metallblech, und
3. dem Wärmeschutzteil, der den aktiven Emissionsteil umgibt und dadurch die Wärmeverluste reduziert, also die notwendige Heizleistung niedrig hält.
Die Inbetriebsetzung eines mit einer derartigen Kathode ausgerüsteten Gleichrichtergefässes geht so vor sich, dass zuerst der Heizstromkreis geschlossen wird, worauf die im Heizstromkreis vernutzte elektrische Energie, in Wärme umgesetzt, die Emissionsflächen der Kathode auf Emissionstemperatur bringt und, sofern es sich um ein Rohr mit reiner Metalldampffüllung handelt, den nötigen Dampfdruck schafft. Zur Erzeugung der Metalldampfatmosphäre im Innern des Vakuumgefässes wird manchmal noch eine zusätzliche Heizvorrichtung innerhalb oder auch ausserhalb des Vakuumgefässes vorgesehen. Nach Ablauf der Heizperiode ist ein derartiges Gleichrichterrohr grundsätzlich in der Lage, die volle Emissionsstromstärke der Kathode als Nutzgleichstrom abzugeben.
Nun zeigen aber häufig solche Gleichriehterröhren, die nach entsprechender Vorheizung plötzlich auf Vollast, Überlast oder Kurzschluss geschaltet werden, Trägheitserscheinungen bezüglich der Emissionsfähigkeit der Glühkathode. Eine Glühkathode, die bei an die Heizperiode anschliessender langsamer Steigerung des Nutzstromes bis zur Vollast und darüber hinaus bis zu beträchtlicher Überlast auch bei Frequenzen, die wesentlich höher als die üblichen Nutzfrequenzen sind, dem Wechsel zwischen Nullemission und Vollemission bzw.
von Überlastemission wieder auf den Momentanwert des gleichgerichteten Stromes scheinbar trägheitslos folgt und auch in diesem Stadium Kurzschlussbelastungen innerhalb der gebräuchlichen Schnellabschaltzeiten gewachsen ist, zeigt Unregelmässigkeiten, sofern an die Anheizperiode anschliessend sofort auf im Verhältnis zur Nennlast beträchtliche Stromstärken, etwa Halblast oder darüber, geschaltet wird.
Aus demselben Grund sind solche Röhren schlecht geeignet, kurzzeitig hohe Stromimpulse von einigen Perioden Dauer mit dazwischenliegenden Strompausen, eine Stromlieferung wie sie beispielsweise manchmal für Punktsehweissverfahren erforderlich ist, zu liefern.
Die auf volle Emissionstemperatur vorgeheizte Glühkathode zeigt also während der ersten Perioden während einer Zeit, die nur von Bruchteilen von Sekunden bis auf mehrere Sekunden geht, nicht die normale vollkommene Emissionsfähigkeit ; die Emission muss vielmehr sozusagen herausgequält werden, was nur bei wesentlich höherem Kathodenfall möglich ist.
Dieses Arbeiten bei erhöhtem Kathodenfall schädigt die Emissionsschicht und führt in böseren Fällen zur vollständigen Verschmorung der Kathode und damit zur Zerstörung des Gleichrichtergefässes. Der Vollständigkeit halber sei festgestellt, dass, obwohl die vorerwähnte Darstellung von einem Mangel der Emissionsfähigkeit spricht, dieser nicht unbedingt der Kathode bzw. ihrer Emissionsschicht eigentümlich sein muss, vielmehr auch durch den elektrischen Zustand der Dampf-oder Gasatmosphäre bedingt sein kann.
Erfindungsgemäss wird dieser Mangel durch die im nachstehenden beschriebene Anordnung vermieden. Der grundsätzliche Aufbau dieser neuen Hohlkathode ist in Fig. 1 schematisch dargestellt ; dabei bedeutet H das Heizorgan zur indirekten Heizung der Emissionsflächen E1 und der
<Desc/Clms Page number 2>
zweiten eventuell noch vorhandenen Fläche E2 - die Kathode besitzt also mindestens eine Gruppe Ei, eventuell aber auch zwei Gruppen Ei und E2 von Emissionsflächen-, M ist der die Kathode umhüllende Wärmeschutzteil.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, innerhalb der Hohlkathode zwischen den beiden Flächengruppen Ei und E2, die mit den Klemmen a und c des Trafos ET verbunden sind, bei Ablauf der Anheizperiode eine Hilfsentladung brennen zu lassen, deren Stromstärke zweckmässig von der Grössenordnung der Nutzstromstärke ist. Die Nutzstromabnahme ist grundsätzlich wahlweise an einer der
EMI2.1
die während der Zeitdauer des Nutzstromes die negativste ist, womit allerdings eine nicht gleichmässige
Ausnutzung beider Flächen EI und E2 zur Emission des Nutzstromes zugelassen wird. Man wird daher bei der praktischen Ausführung etwa einen Aufbau nach Schema der Fig. 2 wählen.
Dabei übernimmt der Mantel M die Funktion der Anode für die Hilfsentladung und braucht-in Sonderfällen soll"- für sich keine Emissionsfähigkeit besitzen. Diese bleibt vielmehr ausschliesslich der Fläche E vorbehalten.
Die Nutzstromabnahme erfolgt dann an der Klemme A des Emissionstrafos ET.
In weiterer Vervollkommnung wird ein Aufbau nach Schema Fig. 3 verwendet. Heiz-und Erregertrafo sind dabei zu einem einzigen Trafo (eventuell Streutrafo T) vereinigt. Die Heizwendel zum An- heizen der Kathode ist an die Fläche zwischen E und M angeschlossen. Dabei muss die Heizwendel so dimensioniert sein, dass ihre Glühspannung während der ersten Anheizperiode grösser als die Zünd-und
Brennspannung der Hilfsentladung zwischen E und M ist. Beim Anheizen kommt dann die Fläche E zufolge der Heizwirkung der Wendel H langsam auf eine höhere Temperatur.
Als Folge des mit steigender
Temperatur langsam ansteigenden Emissionsvermögens beginnt die Hilfsentladung zwischen E und M langsam anzubrennen und bewirkt ein autogene Weiteraufheizen der Kathode, wobei die Spannung zwischen den Klemmen a und b mit zunehmendem Strom der Hilfsentladung und bei richtig bemessener
Trafostreuung allmählich auf die endgültige Brennspannung der Entladung zusammenklappt. Im Endstadium soll der Emissionsstrom der Hilfsentladung in der Grössenordnung der für den Nutzstrom notwendigen Emission liegen und dabei die Brennspannung der Hilfsentladung ungefähr 50% der ursprünglichen vollen Wendelglühspannung betragen. Damit ist ein weiterer beachtlicher Vorteil dieser Kathodenkonstruktion offensichtlich.
Die bei der bisher üblichen Bauart während der ganzen Betriebsdauer hoch beanspruchte Wendel ist entlastet und braucht ihre volle Temperatur und Heizleistung nur während der allerersten Anheizperiode zu liefern, ein Betriebsmerkmal, das sieh in der Lebensdauer der Kathoden beachtlich auswirkt.
Bei der erfindungsgemässen Kathode wird also die kritische Emissionseinbrennzeit bereits während der Anheizzeit zufolge der inneren Hilfsentladung allmählich und sanft überstanden und überdies im Dauerbetrieb, sei es nun unter Nutzstrom oder in Momentanbetriebsbereitsehaft, die Heizwendel geschont und entlastet.
Fig. 6 zeigt die Gesamtschalung einer Phase eines mit derartigen Ventilen ausgerüsteten Gleichrichter. Die Bedeutung der Buchstaben E, H, M, T, a, b, entspricht jener der Fig. 3. LT stellt die
Sekundärwicklung des sechsphasig gedachten Haupttransformators dar, an dessen einer Phase die Hauptanode A angeschlossen wird. Die Klemmen + und-sind für die Gleichstromabnahme vorgesehen. Innerhalb des Gefässes G brennen also von der Emissionsfläche E der Kathode aus betriebsmässig zwei Lichtbogenentladungen : innerhalb der Kathode von E zu M die Hilfsentladung, u. zw. (bei momentaner Betriebsbereitschaft des Rohres) dauernd und in Abhängigkeit von der Gleichstromentnahme von E zur Anode A die Hauptentladung.
Die Fig. 4 und 5 zeigen zwei Beispiele für den konstruktiven Aufbau der Kathode nach dem Schema der Fig. 3. Die Bezeichnung der Einzelteile ist wie früher gewählt. Die Erfüllung der zwei konstruktiven Hauptbedingungen, einerseits Erzielung grosser Flächen im Emissionsteil durch lamellaren Aufbau, anderseits geringe Lichtbogenlänge der Hilfsentladung durch entsprechende gegenseitige Verschachtelung der Emissionsflächen und der Flächen der Hilfsanode, ist klar ersichtlich.
Für die Betriebsführung derartiger Kathoden ist zu bemerken, dass man zweckmässigerweise die Phase der Hilfsentladung und des Nutzstromes so übereinanderlegt,'dass der Nutzstrom einsetzt bzw, ansteigt, während der Strom der Hilfsentladung abnimmt. Bei mehrphasigen Anordnungen besitzt der zu liefernde Anodennutzstrom in bezug auf die Periodendauer nur kurze Dauer (ein sechstel Periode bei Sechsphasenbetrieb), so dass die Änderung der Stromstärke der fast über eine halbe Periode brennenden Hilfsentladung nicht sonderlich ins Gewicht fällt. Für die hinsichtlich Spitzenstrom (Sättigungsstrom der Kathode) ungünstige Phasenlage zwischen Hilfs-und Hauptentladung addieren sich die beiden Maximalwerte, und es sind dementsprechend reichliche Emissionsflächen vorzusehen.
Man kann diesbezüglich in der Kathodendimensionierung sparen, wenn man für die Betriebsführung, wie schon erwähnt, das Einsetzen der Hauptentladung in den absteigenden Teil, u. zw. gegen das Ende der Brennzeit der Hilfsentladung, verlegt.
Verzichtet man auf diesen KunstgTiff, so besitzt die beschriebene Hohlkathodenkonstruktion, deren aktiver Emissionseinsatz von einer Hilfsanode umgeben ist, wobei diese Hilfsanode keine emissionsfähigen Flächen aufweisen darf, bei entsprechender Dimensionierung der Heizwendel und des Trafos
<Desc/Clms Page number 3>
für die Wendelheizung bzw. Speisung der Hilfsentladung in ihrem räumlichen Aufbau bereits die Fähigkeit der Steuerung der Hauptentladung.
Da die Hilfsentladung bei nicht emissionsfähiger Hilfsanode nur dann brennen kann, wenn der aktive Einsatz der Kathode negativ ist, liegt während der anschliessenden Spannungshalbwelle des Heizstromkreises die ganze in der Heizwendel vernutzte Spannung als Spannungsdifferenz zwischen aktivem Einsatz und der sie umgebenden Hilfsanode bzw. den damit verbundenen Wärmeschutzmänteln, u. zw. derart, dass die Hilfsanode und die Schutzmäntel negativ sind gegenüber der Kathode. Es ist lediglich eine Frage der Wendeldimensionierung, eine Spannungsdifferenz zu erreichen, die zur Sperrung der Hauptentladung ausreicht, wobei Hilfsanode und Schutzmantel sozusagen als Steuergitter wirken und als solche behandelt werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Hohlkathode, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Kathode betriebsmässig eine Hilfs- entladung brennt, deren Stromstärke vorzugsweise von der Grössenordnung des Nutzemissionsstromes ist.