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Elektrischer Gas-oder Dampfentladungsapparat.
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Gas-oder Dampfentladungsapparat, insbesondere einen mehrphasigen Stromrichter.
Es sind bereits elektrische Gas-oder Dampfentladungsapparate, insbesondere mehrphasige
Stromrichter, bekannt geworden, deren Wandungen abwechselnd aus nichtleitenden und leitenden, gegebenenfalls als Elektroden dienenden Werkstoffen, bestehen, deren Verbindungsstellen abgeschirmt sind. Diese Verbindungsstellen zwischen leitenden, insbesondere stromführenden Teilen und Teilen aus Isolierwerkstoff bringen aber eine Gefahr mit sich, da an ihnen leicht während des Betriebes Entladungen ansetzen, die zur Bildung sogenannter Fehlelektroden führen. Dadurch kann das Gefäss leicht beschädigt werden.
Es ist bekannt, bei elektrischen Entladungsgefässen, deren Wandungen abwechselnd aus keramischen und metallischen Teilen bestehen, die erwähnten Abschirmungen so nahe an diese Teile heranzubringen, dass Entladungen im Zwischenraum zwischen diesen Teilen und den Abschirmungen kaum oder nur schwer entstehen können. Es macht jedoch grosse Schwierigkeiten, diese Abstände so klein und so genau zu erhalten, wie es für eine völlig sichere Vermeidung der erwähnten Erscheinungen notwendig wäre. Dies liegt an verschiedenen Ursachen, insbesondere daran, dass man eine glatte Verbindungsstelle zwischen Metall und keramischem Material nicht oder nur mit grösster Mühe erhalten kann.
Durch die vorliegende Erfindung werden die erwähnten Nachteile behoben. Erfindungsgemäss werden bei elektrischen Gas-oder Dampfentladungsapparaten, bei welchen die Wandungen abwechselnd aus nichtleitenden und leitenden, gegebenenfalls als Elektroden dienenden Werkstoffen bestehen, an deren Verbindungsstellen bearbeitete Ausnehmungen bzw. Spalte vorgesehen, welche an den nichtleitenden, als keramische Körper ausgebildeten Wandungsteilen angeordnet sind. Vorteilhaft werden an den keramischen Körpern Ausdrehungen angebracht. Die Ausnehmungen können mittels metallener Wandungsteile abgeschirmt sein, welche vorteilhaft die Randteile der keramischen Körper übergreifen.
Abgesehen von der Einfachheit der Herstellung besitzt diese Art des Aufbaues den Vorteil, dass es durch sie gelingt, die Spalte ohne technischen Aufwand mit äusserster Präzision herzustellen und so die Bildung von Fehlelektroden mit grösster Sicherheit zu vermeiden. Die Metallteile können in die Ausnehmungen gut eingepasst werden, wobei es ohne weiteres möglich ist, etwa durch Aufschrumpfen der keramischen Teile auf die Metallteile eine feste Verbindung zu erzielen und gleichzeitig die richtige Breite der Spalte zu erhalten, so dass die Gewähr gegeben ist, dass die Isolierstoffe mit den Metallen nur an solchen Stellen zusammenstossen, welche durch die schmale Spalte gegen das Ansetzen von Entladungen geschützt sind.
Die leitenden Teile haben vorteilhaft einen Überzug aus einem Werkstoff, an dem der Kathodenfall einer Gasentladung höher ist als unter gleichen Bedingungen an dem diesen Überzug tragenden leitenden bzw. stromführenden Teil. Der Überzug kann aus einem Halbleiter, beispielsweise aus einer Graphitschicht bestehen, die vorteilhaft durch Aufwachsenlassen aus einer Dampfphase hergestellt ist. Der als Überzug dienende Halbleiter kann auch aus hochschmelzendem Werkstoff, beispielsweise einem Nitrid, Borid, Karbid od. dgl., oder aber aus einer Mischung derartiger Stoffe untereinander oder mit andern Stoffen hergestellt sein. Es empfiehlt sich, die Anoden symmetrisch um eine zylindrische und sich in der Gefässachse erstreckende Glühkathode anzuordnen.
Die zylindrische und sich
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in der Gefässachse erstreckende Glühkathode kann von einer zylindermantelförmig ausgebildeten
Anode, welche einen Bestandteil der Gefässwand bildet, konzentrisch umgeben sein, während die beiden andern Anoden parallel zu den Stirnseiten des Glühkathodenzylinders liegen. Auch die den Stirnseiten des Glühkathodenzylinders zugeordneten Anoden bilden vorteilhaft Bestandteile der Gefässwand des
Entladungsrohres (Deckel und Boden). Entladungsapparate für Zwecke der Stromrichtung mit mehreren übereinander liegenden ringförmigen leitenden Wandungsstellen sind vorteilhaft so ausgebildet, dass diese Wandungsteile gleichzeitig als Anoden benutzt sind.
In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele dargestellt. Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein neues Entladungsgefäss mit Glühkathode, Fig. 2 eine andere Ausführungsform, Fig. 3 eine sechsphasige Ausführungsform, Fig. 4 eine Einzelheit aus den Fig. 1-3.
Das Entladungsgefäss 1, dessen Glühkathode 2 im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist, besteht aus den aus Keramik bestehenden Töpfen 8 und 4 und den aus Keramik bestehenden Wandungen 5 und 6. Zwischen den Teilen 4 und 5, 5 und 6 und 6 und. 3 liegen aus leitendem Werkstoff bestehende Ringe 7,8 und 9. Der Ring 8 ist als Anode ausgebildet, während die Ringe 7 und 9 über die Stege 10, die gleichzeitig als Kühlfahnen ausgebildet sein können, mit den Anoden 11 und 12 verbunden sind, die parallel zu den Stirnseiten der zylindrischen Glühkathode liegen. Die keramischen Teile 4,5, 6 und 3 haben an den an die leitenden Teile 7, 8 und 9 grenzenden Rändern Aussparungen 13, die mit den Metallteilen tiefe und schmale Schlitze bilden.
Zur Dichtung zwischen Metallteilen und Keramik dienen die aus Glasfluss bestehenden Teile 14. Die tiefen und schmalen Schlitze bei den Aussparungen 18 dienen dazu, um für die Entladung, namentlich in der Sperrphase, einen hohen Diffusionswiderstand zu geben. Auf der Innenseite der Anode 8 beispielsweise kann man einen Überzug. 36 aus einem Halbleiter, beispielsweise aus Graphit, aufbringen. bei der Ausführungsform nach Fig. z besteht das ganze Entladungsgetass aus den beiden keramischen Ringen 15 und 16. Die eine Anode ist als Zylindermantel ausgebildet und mit 17 be- zeichnet, während die Anoden 18 und 19 als Boden und Deckel des-Gefässes ausgebildet sind. Die
Kathode 20 ist wiederum zylindrisch ausgebildet.
Zwischen der Kathode 20 und den Anoden können sieh ein oder mehrere Gitter 21 befinden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist die Kathode stabförmig ausgebildet. Die Anoden umgeben die Kathode 22 als übereinanderliegende, konzentrisch zur Kathodenachse liegende Ringe 23, 24, 25, 26,27, 28 bei sechsphasiger Ausführung. Die Ringanoden sind bei dieser Ausführungsform in ähnlicher Weise mit den keramischen Zwischenteile verbunden, wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich, kann man den den Diffusionsspalt 29 enthaltenden Teil der Verbindungsstelle zwischen leitendem Werkstoff 30 und Keramik 31 mittels Schirm 32 abdecken.
Bei den vorerwähnten Ausführungsbeispielen empfiehlt es sich, die Metallteile jeweils auf die angrenzenden Keramikteile aufzuschrumpfen. Die neue Verbindungsart und namentlich die Verwendung von keramischen Grundplatten (Töpfen) ist nicht nur für Entladungsapparate mit Metallgefässen, sondern namentlich auch für Entladungsapparate mit Glasgefässen von praktischer Bedeutung.
Besonders eignet sich die neue Ausgestaltung auch bei gläsernen Stromrichter. Die Ausführungsformen nach Fig. 1-3 haben den Vorteil, dass eine grosse Anzahl Anoden jeweils in gleich kurzem Abstand von der Kathode untergebracht werden können, ohne dass sich eine positive Säule ausbildet.
Ein Erfolg dieser Ausgestaltung ist eine verhältnismässig niedrige Brennspannung. Dies ist namentlich bei der Verwendung von Entladungsapparaten für Schweisszwecke, beispielsweise für Schweissumformer äusserst wertvoll. Die Ausführungsform nach Fig. 3 ist in hohem Masse zur Anwendung von Luftkühlung geeignet. Man kann diese Ausführungsform noch für Leistungen verwenden, bei denen man bisher glaubte, Flüssigkeitskühlung nicht entbehren zu können. Die bessere Masshaltigkeit bearbeiteter Keramik gegenüber Glas od. dgl. gestattet die wirtschaftliche Herstellung ganz enger Spalte mit grosser Genauigkeit. Es können beispielsweise besonders brauchbare Spalte von etwa O'l mm Weite in der beschriebenen Weise bei der neuen Anordnung noch hergestellt werden.
In jedem Falle erreicht man durch die neue Anordnung ein sicheres Fernhalten von Fehlentladungen von der Grenze Metall und Nichtmetall. Die neue Ausgestaltung ist namentlich für Gefässe mit mehr als 100 Volt von grösster Wichtigkeit. Es bedarf keines besonderen Hinweises, dass die neue Anordnung nicht nur für Apparate in Frage kommt, die Aussenelektroden haben, sondern allgemein für Entladungsapparate aller Art mit mehr oder weniger grossflächigen Elektroden. Verbindet man die erwähnten Spalte mit Metallschirmen, die, wie aus Fig. 4 hervorgeht, die aus Nichtmetall bestehenden Wandungsteile übergreifen, so erhält man eine noch grössere Betriebssicherheit.
Besondere Bedeutung haben elektrische Entladungsapparate nach der vorliegenden Erfindung, wenn sie als steuerbare Stromrichter ausgebildet sind, bei denen entweder isolierte leitende Wandungsteile an Potentiale bestimmten Charakters angeschlossen werden, oder aber bei denen zur Steuerung dienende Gitter, die zwischen den Hauptelektroden liegen, verwendet werden. Die hohe mechanische Festigkeit des neuen Entladungsapparates und der Umstand, dass keinerlei Teile in dem Entladungapparat zu sein brauchen, die Eigenbewegungen ausführen, macht den neuen Entladungsapparat besonders geeignet für die Verwendung auf ortsveränderlichen Stromrichteranlagen, beispielsweise
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bei Verwendung als Gleichrichter auf Fahrzeugen, Lokomotiven u. dgl.
Es bedarf keines besonderen Hinweises, dass der neue Entladungsapparat zur Herstellung von Stromrichtern (Gleichrichtern, Wechselrichtern u. dgl. ) der verschiedensten Art Verwendung finden kann. Die neuen Entladungs- apparate sind infolge des geringen Bedarfs an teueren Werkstoffen ausserordentlich billig in der Herstellung und angesichts ihrer hohen Lebensdauer auch äusserst wirtschaftlich im Betrieb. Ihre hohe mechanische Widerstandsfähigkeit gestattet ihren unmittelbaren Einbau in Geräte und Apparate, die von oder mit Hand bedient werden, ferner eignen sie sich in besonderem Masse zur Verwendung bei Lichtbogenanlagen, Schweissanlagen und für elektrolytische Zwecke. Für elektrolytische Zwecke sind sie namentlich deshalb in besonderem Masse brauchbar, weil sie mit verhältnismässig grossen Strömen betrieben werden können.
Der neue Entladungsapparat bietet auch den Vorteil, dass Lage und Anordnung der Elektroden nicht mehr, wie bisher, in erheblichem Masse von der Werkstoffart abhängig sind. Man kann beispielsweise bei dem neuen Entladungsapparat die gegebenenfalls schräg eingeführten Anoden vollkommen symmetrisch um die Kathode anordnen, da eine beliebige Anbringung an den Wänden keramischer Gefässe möglich ist, ohne dass hiebei die Gefahr auftritt, dass undichte Stellen vorkommen, die zur Verunreinigung des Innern des Entladungsapparates führen könnten.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrischer Gas-oder Dampfentladungsapparat, insbesondere mehrphasiger Stromrichter, dessen Wandungen abwechselnd aus nichtleitenden und leitenden, gegebenenfalls als Elektroden dienenden Werkstoffen bestehen, an deren Verbindungsstellen Ausnehmungen bzw. Spalte vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass bearbeitete Ausnehmungen an den nichtleitenden als keramische Körper ausgebildeten Wandungsteilen angeordnet sind.