<Desc/Clms Page number 1>
Einrichtung mit elektrischem Dampfentladungsgefäss.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung mit elektrischem Dampfentladungsgefäss mit fremdbeheizter Glühkathode und Quecksilberkathode, und besteht darin, dass die Glühkathode während ihrer Angehzeit durch eine zur Inbetriebsetzung an der Quecksilberkathode gezündete parallele Entladung von höchstens 22 Volt Betriebsspannung gegen Beschädigung durch zu hohe Brennspannung geschützt wird und bei Distanzierung bzw. Isolierung gegenüber dem Entladungsbogen der Quecksilberkathode für die Übernahme der Nennlast des Gefässes bemessen ist.
Es sind Entladungsgefässe mit fester und flüssiger Kathode bekannt, bei welchen die feste Kathode durch die an der verdampfbaren Kathode gezündete Entladung erhitzt wird, bis sie eine genügende Emissionsfähigkeit erreicht und infolge ihres geringeren Anodenabstandes und Kathodenfalles die Belastung übernimmt, während die von der flüssigen Kathode ausgehende Entladung erlischt.
Diese Betriebsweise setzt jedoch die Lebensdauer beträchtlich herab, was durch die Erfindung vermieden werden soll.
Bei dem bekannten Entladungsgefäss wird die feste Kathode dem Entladungsbogen der verdampfbaren Kathode ausgesetzt, um die feste Kathode auf Emissionstemperatur zu bringen, wobei aber die thermische und kinetische Energie dieses Entladungsbogens eine zerstörende Wirkung auf die Kathode ausübt. Nachteilig wirkt sich auf die Lebensdauer der festen Kathode aber insbesondere das Auftreten zu hoher Brennspannungen aus. Beim Absinken der Belastung infolge geringerer Stromentnahme sinkt die durch die Entladung der festen Kathode und dem Gefäss zugeführte Wärmeenergie, d. h. die Temperatur der festen Kathode und der Dampfdruck fallen.
Infolgedessen steigt die Brennspannung und wenn diese einen kritischen Wert überschreitet, der für Quecksilberdampf etwa 22 Volt beträgt, so erreichen die durch dieses Feld beschleunigten, gegen die Kathode fliegenden positiven Ionen eine so hohe Geschwindigkeit, dass sie beim Auftreffen auf die Kathode deren emittierende Schicht zerstören. Da die im Entladungsweg der verdampfbaren Kathode angeordnete feste Kathode gegen- über dem sie umgebenden Entladungsraum negatives Potential besitzt, entzieht sie infolge ihrer grossen Oberfläche der Entladung eine grosse Menge positiver Ionen, was ein Ansteigen der Brennspannung der von der flüssigen Kathode ausgehenden Entladung bedingt.
Infolge der erforderlichen Rückzündungssicherheit muss die Entladungsstrecke ausserdem noch eine entsprechende Länge erhalten, so dass bei der bekannten Ausbildung des Gefässes der Spannungsabfall an der Quecksilberkathodenentladungsstrecke nicht gleich oder kleiner als 22 Volt gehalten werden kann. Insbesondere liegt die Spannung, bei welcher die Entladung einsetzt, weit über diesem Wert, da eine Ionisierung in Stufen erst nach Zündung möglich ist.
Durch die erfindungsgemässe Anwendung der von der Entladung unabhängigen Fremdbeheizung der festen Kathode werden die Verhältnisse stabilisiert und ein einwandfreier, dauernd wirtschaftlicher Betrieb mit geringsten Verlusten gewährleistet. Während der"Angehzeit"der Glühkathodenstrecke wird diese durch einen parallelen Entladungsweg, dessen Brennspannung leicht unter 22 Volt gehalten werden kann, geschützt. Um eine Beschädigung der Glühkathode durch den Entladungsbogen und Ionenentzug zu vermeiden, wird die Glühkathode ausserhalb des Weges der mit verdampfbarer Kathode arbeitenden Hilfsentladung angeordnet.
Es können auch zwei getrennte Entladungsstrecken vorgesehen werden, so dass bei Einleitung der Entladung keine oder nur geringe Ionisierung in der Umgebung der Glühkathode auftritt und diese Kathode nicht durch zu stark beschleunigte positive Ionen beschädigt werden kann. Auch eine Beschädigung der Glühkathode durch zu frühes Einschalten der
<Desc/Clms Page number 2>
Belastung, wie sie bei den normalen Glühkathoden-Dampfentladungsgefässen möglich ist, kann bei dem Entladungsgefäss nach der Erfindung nicht auftreten.
Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sind in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellt.
In der Fig. 1 ist im Innern eines z. B. aus Glas verfertigten Gefässes 1 eine unabhängig von der Entladung fremd beheizte Glühkathode 2 angebracht, oberhalb welcher sich eine als Zylinderkolben ausgebildete Anode 3 befindet. Im unteren Teil des Gefässes 1 sind noch eine Quecksilberkathode 4 und eine Zündanode 5 vorgesehen. Die Hilfskathode 4 ist mit der Glühkathode 2 direkt, die Zündanode 5 mit der Arbeitsanode 3 über einen Widerstand 6 (hier Drosselspule) verbunden.
Nach Einschalten des Entladungsgefässes, welches einen Gleichrichter darstellt, erfolgt die Zündung einer Hilfsentladung zwischen der Quecksilberkathode 4 und der Hilfsanode 5 in an sich bekannter Weise, z. B. durch Kippen. Durch den entstehenden Bogen wird Quecksilberdampf entwickelt, der alsbald den ganzen Kolben erfüllt, so dass der im Anfangszustand nur sehr geringe Dampfdruck rasch steigt und binnen kurzer Zeit das Inbetriebsetzen der Hauptentladungsstrecke 2-3 ermöglicht. Gleichzeitig wird der Heizstrom der Glühkathode eingeschaltet. Besitzt diese, welche
EMI2.1
hervorgerufenen Ionisierung zuerst zwischen der Arbeitsanode. 3 und der Quecksilberkathode 4, so dass also bereits mit dem vollen Strome gearbeitet werden kann.
Die Hilfsstromkreise 4-5 bzw. 4-3 können gegebenenfalls durch geeignete Schaltvorrichtungen wieder abgeschaltet werden. Dies ist aber durchaus nicht notwendig, denn infolge der geringen Brennspannung der mit Glühkathode arbeitenden Hauptentladungsstrecke (zirka 11 bis 15 Volt) können, wenn diese in Aktion tritt, parallele selbständige Entladungen wegen der normalerweise höheren Brennspannung nicht weiterbestehen und verlöschen von selbst. Das Entladungsgefäss besitzt dann für die ganze Dauer des Betriebes die vorteilhaften Eigenschaften der gasgefüllten Glühkathodenventile, wie niedrigste Brennspannung und hohe Rückzündungssicherheit. Die Glühkathode 2 wird von einer Hülle 11 umgeben, welche die Glühkathode vor einer Berührung mit dem Entladungsbogen der Hilfskathode 4 schützt. Diese Hülle kann z.
B. aus Glas od. dgl. verfertigt sein. Zweckmässig wird aber eine Metallhülle vorgesehen, d. h. der in üblicher Weise vorzusehende Wärmestrahlungsschutz der Glühkathode erfüllt gleichzeitig diese Funktion. Der Heizstrom der Glühkathode wird während der ganzen Betriebsdauer voll oder teilweise aufrechterhalten. Gegebenenfalls kann die Heizstromstärke auch in Abhängigkeit von der Belastung automatisch reguliert werden. Die Glühkathode 2 und die Anode 3 können zweckmässig durch einen oberhalb derselben angebrachten Schirm 10 gegen herabtropfendes kondensiertes Quecksilber geschützt werden. Die örtliche Trennung der beiden Kathoden ist auch deshalb vorteilhaft, weil in der Nähe einer in Betrieb befindlichen verdampfbaren Kathode der Dampfdruck starken Schwankungen unterworfen ist.
Eine Kippbewegung kann gegebenenfalls durch einen zur Hilfsentladungsstrecke 4-5 parallelgeschalteten Wechselstrommagnet hervorgerufen werden.
Durch die angegebene Anordnung wird die Glühkathode vor der Gefahr der Zerstörung durch zu frühes Einschalten der Belastung bewahrt, da der kritische. Spannungsabfall hiefür bei Queek-
EMI2.2
abhängende Brennspannung des parallelen selbständigen Quecksilberdampfbogens zweckmässig mittels der dem Fachmann geläufigen Mittel unter diesem Werte gehalten wird. Erst wenn die Temperatur der Glühkathode und der Dampfdruck genügend hoch sind, tritt diese von selbst in Aktion und übernimmt automatisch die Belastung.
Gegebenenfalls kann, um die Glühkathode besonders zu schonen, d. h. vor einem gefährlichen Ionenbombardement zu bewahren, die Schaltung auch so gewählt werden, dass der Anodenstromkreis der Glühkathode durch einen automatischen Schalter erst einige Zeit, nachdem die selbständige Entladung (4-5 bzw. 4-3) gezündet hat, geschlossen wird.
Ein anderes Ausführungsbeispiel zeigt die Fig. 2. Hier ist die Glühkathode 2 wieder auf einem Quetschfuss im unteren Teil eines Entladungsgefässes 1 angeordnet, die Anode 3 getrennt von der Glühkathode im oberen Teil dieses Entladungsgefässes angebracht. Die verdampfbare Hilfskathode 4 befindet sich aber hier in einem zweiten Gefäss 7, welches auch eine Hilfsanode 5 enthält und mit dem Hauptentladungsraum durch ein geknicktes Rohr 8 verbunden ist. Weiters sind auch die unteren Teile dieser beiden Gefässe durch ein Rohr 9 verbunden, so dass sie kommunizierende Gefässe bilden, in denen der Quecksilberspiegel die gleiche Niveaulinie besitzt.
Soll die Zündung durch Kippen od. dgl. erfolgen, so kann es zweckmässig sein, der verdampfbaren Hilfskathode zwei Anoden zuzuordnen, von denen eine über einen Zündstrombegrenzungswiderstand betrieben wird, während die andere mit der Glühkathodenanode (Hauptanode 3) zweckmässig direkt verbunden ist und nach dem Einschalten so lange die Funktion der Arbeitsanode übernimmt, bis die Entladung an der Glühkathode gezündet hat. Die Zündung der Entladung kann auch auf jede beliebige andere Weise, beispielsweise auch mittels einer Kontraktionszündung, erfolgen. Ferner kann zur Zündung z. B. auch in bekannter Weise ein in die Quecksilberkathode tauchender Stab aus Halbleitermaterial, etwa Karborundum, verwendet werden, der auch besondere Erregeranoden entbehrlich macht.
Das Verbindungsrohr 8 dient zur Zuführung des Dampfes zum Hauptentladungsgefäss 1. Erfolgt die Einleitung der Entladung durch Kippen (in diesem Falle enthält die Zuleitung zur Anode 5 einen Sicherheitswiderstand), so zündet kurze Zeit darauf die Entladung nach der Anode 3. Das geknickte
<Desc/Clms Page number 3>
Verbindungsrohr wirkt dann ähnlich wie ein ebenso geformter Arm eines normalen Quecksilberdampfgleichrichters. Infolge geeigneter Anordnung der Rohrmündung werden die Hauptelektroden nicht direkt von dem von der Kathode 4 ausgehenden Dampfstrahl getroffen. An Stelle einer Röhrenknickung könnte auch eine andere Umlenkung verwendet werden. Zur Ablenkung des Dampfstrahles kann z. B. vor die Mündung des Rohres 8 oder die Hauptelektroden ein Schirm gesetzt werden.
Das Gefäss 7 kann gegebenenfalls auch im Innern des Hauptentladungsgefässes angeordnet bzw. durch Unterteilung desselben gebildet werden oder auch umgekehrt dieses umschliessen. Es können ferner auch mehrere Anoden vorgesehen werden, welche gegebenenfalls in seitlichen, auch geknickten Armen angebracht und auch mit Steuergittern versehen werden können.
Gegebenenfalls können auch mehrere einanodige Gefässe mit einer gemeinsamen verdampfbaren Kathode versehen werden, an welcher die Zündvorrichtung und Hilfsanoden für eine Aufreehterhaltung des Kathodenfleckes angebracht sind und deren Gefäss einen Kondensdom trägt.
Das erfindungsgemässe Dampfentladungsgefäss kann gegebenenfalls auch für Beleuehtungs-und Bestrahlungszwecke gebaut werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung mit elektrischem Dampfentladungsgefäss mit fremdbeheizter Glühkathode und Quecksilberkathode, dadurch gekennzeichnet, dass die Glühkathode während ihrer Angehzeit durch eine zur Inbetriebsetzung an der Queeksilberkathode gezündete parallele Entladung von höchstens 22 Volt Betriebsbrennspannung gegen Beschädigung durch zu hohe Brennspannung geschützt wird und bei Distanzierung bzw. Isolierung gegenüber dem Entladungsbogen der Quecksilberkathode für die Übernahme der Nennlast des Gefässes bemessen ist.