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Quecksilberdampfgleichrichter.
In den bisher bekannten Quecksilberdampfgleichrichtern werden im allgemeinen als feste Elektroden-Anoden-solche aus Eisen oder Graphit benutzt. Obgleich man mit diesen Anoden Ströme von niedriger Spannung sehr gut gleichrichten kann, besteht der Übelstand, dass das Elektrodenmaterial mehr oder weniger rasch zerstäubt wird, oder dass aus den festen Elektroden langsam Gase abgegeben weiden, die die vollständige Gleichrichtung verhindern. Keine der bisher verwendeten Substanzen ist imstande, den an eine vollständige Gleichrichtung zu stellenden Ansprüchen auf die Dauer und besonders bei höheren Spannungen und starken Entladungen zu genügen.
Nach der Erfindung sollen deshalb die Anoden im Quecksilberdampfgleichrichter aus Metallen wie Tantal, Vanadium, Molybdän, Wolfram, Niob oder Uran bzw. einer Legierung irgendeines derselben mit anderen Metallen hergestellt werden, d. h. solchen Metallen, die ausser einem sehr hohen Schmelzpunkt eine sehr geringe Neigung besitzen, sich mit Quecksilber zu amalgamieren, die eine ausserordentlich geringe Gaslöslichkeit haben oder wenigstens die etwa gelösten Gase sehr leicht im Vakuum wieder abgeben, und denen schliesslich eine sehr geringe Tendenz zukommt, im Vakuum unter der Einwirkung elektrischer Entladungen zu zerstäuben. Diese tür den genannten Zweck unerlässliche Vereinigung von Eigenschaften macht diese Metalle zum geeignetsten Anodenmaterial bei Quecksilberdampfgleichrichtern.
Tantal und Wolfram sowie die ihnen verwandten Metalle sind bereits häufig als Elektrodenmaterial verwendet worden, so z. B. in dem Siemensschen Tantal-und WolframRöntgenröhren. Hier ist es vor allem ihre geringe Zerstäubung im Vakuum, die sie wertvoll macht. Bei Quecksilbeilampen haben sie fe. ner als Anoden Anwendung gefunden, aber nur als feste Elektrode bei stetig brennenden Lampen, delen Anoden auf eine sehr hohe Temperatur gebracht werden können, damit ihr weisses Licht ein einheitlichere Spektrum der Lampe
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oxyd oder Kohlendioxyd gefüllt. Dass sie im evakuierten Zustande auch eine gleichrichtende Wirkung auszuüben vermöchten, war zwar zu erwarten. Nicht jedoch zu erwarten war, dass die Gleichrichtung an solchen Elektroden eine gegenüber der bekannten, bisher erreichten unvergleichlich günstigere sein würde.
Dies wird bedingt durch die oben erwähnten Eigenschaften dieser Metalle, geringe Gaslöslichkeit und die damit zusammenhängende geringe Tendenz, im Vakuum unter dem Einfluss hoher Spannungen zu zerstäuben, welche Eigenschaften bei den bekannten Lampen mit ähnlichen Elektroden nicht vom Belang waren.
Infolge der ausgezeichneten Ventil wirkung bei bisher unerreichter Konstanz der Wirkung, bedingt durch die geringe Zerstäubung und Gasabgabe. können solche Gleichrichter nicht nur wie die bekannten Gleichrichter benutzt werden, sondern auch bei der Gleichrichtung von hochgespannten Strömen, bei denen die bisher benutzten Elektroden vollständig versagen.
So ist es gelungen, mit Hilfe eines in den Stromkreis der Sekundärspule eines Transformators oder Induktoriums geschalteten Gleichrichters mit Wolframelektroden und eventuell mit einem stetig brennenden Lichtbogen zwecks regelmässigerer Zündung Wechselströme so vollständig gleichzurichten, dass eine gleichzeitig eingeschaltete Röntgenröhre absolut schliessungs-
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lichtfrei arbeitet. Die zum Betriebe der Röhre nötige Spannung beläuft sich bekanntlich auf 40. 000 bis 200. 000 Volt. Nähert man die Wolframelektrode dem Quecksilber, so ist
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und somit das Röntgenrohr durchfliessen.
Eine andere bisher nicht mögliche Verwendung des Quecksilbergleichrichters liegt in
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eigneter Weise verbundenen Schwingungskreise zu verwenden, wobei die Lampe als automatischer Unterbrecher'-der in Verbindung mit Funkenstrecken als Ventil wirkt, sind alle Bemühungen erfolglos geblieben, weil bei den hierbei auftretenden Spannungen die Elektroden zerstäuben und die Ventilwirkung sehr bald ungenügend wird. Selbst bei Spannungen von nur 500 Volt zerstäubt Eisen, und Graphit zeigt denselben Übelstand bei nicht viel höheren Spannungen wegen der auftretenden Spannungssteigerung. Das gleiche gilt von den mit einer Funkenstrecke gemeinsam benutzten Gleichrichtern zur Erzeugung von Stosserregung.
Mit den neuen Gleichrichtern ist es dagegen auch möglich, mit oder ohne Zünd-
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fast jeder beliebigen Frequenz bei äusserst fester Kupplung zu erhalten. Hierdurch ist das Problem der idealen Stosserregung gelöst.
Ein weiteres Problem, welches durch die neuen Gleichrichter seine Lösung findet, ist die Erzeugung hochgespannten Gleichstromes konstanter Spannung aus Wechselstrom oder Mehrphasenstrom. Da nach dem Gesagten Ströme von Spannungen, wie sie die Röntgentechnik verwendet, gleichgerichtet werden können, so lässt sich z. B. Drehstrom, der auf
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mit den neuen Elektroden in bekannter Schaltung gleichrichten. Man erhält dann einen Gleichstrom, dessen Spannung mit der dreifachen Periodenzahl des Wechselstromes und maximal 50% der Gesamtspannung variiert. Verwendet man analog der Grätzschen Schaltung vier Gleichrichter, der eine mit drei Anoden, die anderen drei mit je einer Anode und jede mit einem Zündlichtbogen, so erhält man Schwankungen von der sechsfachen Periodenzahl des Wechselstromes und nur 13% der Gesamtspannung.
Durch Vorschaltung geeigneter Drosselspulen und genügend grosser Kondensatoren ist es dann möglich, die prozentuale Spannungssehwankung auf jedes gewünschte Mass herabzudrücken.
Selbstverständlich sind viele andere Verwendungsmöglichkeiten vorhanden. Sie sind stets dort gegeben, wo Gleichstrom von hoher Spannung nötig ist, oder wo den durch irgendeinen Vorgang auftreteaden Stromschwankungen der Weg in einer Richtung vollständig versperrt werden soll. Man. kann sie natürlich an Stelle der bekannten Gleichrichter verwenden. Durch ihre besonderen Eigenschaften aber ist man imstande, sie dort zu verwenden, wo die bisher bekannten Gleichrichter vollständig versagen
Selbstverständlich können alle bekannten Hilfsmittel zur Erhöhung der Gleichrichterwirkung bei den neuen Gleichrichtern in Anwendung kommen. So können die Elektroden, besonders wenn ihnen die Form von Hohlgefässen gegeben wird, gekühlt werden.
Sie können ferner durch Röhrchen aus Glas, Porzellan oder Quarz geschützt werden und durch geeignete Stellung vor der Bestrahlung durch das entstehende ultraviolette Licht bewahrt werden. Auch ist es vorteilhaft, den Lichtbogenkrater durch Quarzröhrchen oder durch herausragende Metallspitzen am Umherwandern zu verhindern.
Eine selbstverständliche Folge der dieser Erfindung zugrunde liegenden Erkenntnis, dass schon die geringe Gasabgabe, wie sie beispielsweise durch Eisenelektroden veranlasst wird, das ausserordentlich hohe Vakuum vernichtet, welches für die Gleichrichtung hoher Spannungen erforderlich ist, besteht darin, dass im Gleichrichterraum, auch abgesehen von den Elektroden, keine Teile vorhanden sein dürfen, welche Anlass zur Gasabgabe bieten könnten. Es genügt nicht, wenn die Anoden aus Wolfram, Tantal o. dgl. Metallen bestehen und infolgedessen ihrerseits die Gewähr bieten, dass durch sie kein Gas in den Gleichrichterraum gelangt, sondern es ist auch erforderlich, dass etwa im Gleichrichterraum vorhandene Zündglühkathoden die gleiche Bedingung erfüllen.
Dadurch unterscheidet sich der erfindungsgemässe Gleichrichter grundsätzlich auch von vorbekannten zugleich als Quecksilberlampe und Gleichrichter dienenden Einrichtungen mit Glühkathode aus einem mit Erdalkalimetalloxyd bedeckten Draht, selbst wenn bei solchen Gleichrichtern die Anoden aus Wolfram oder Tantal bestehen. Eine solche Glühkathode muss aus dem Erdalkalimetall-
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eines Vakuums von derjenigen ausserordentlichen Höhe, wie es Vorbedingung für die Gleichrichtung von sehr hochgespannten Strömen gemäss der Erfindung ist, in ähnlicher Weise ausgeschlossen wird, wie es durch die Verwendung von Eisen oder sonstigen gasabgebenden
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Anoden geschieht. Um einen Anhalt für die Höhe des erforderlichen'Vakuums zu geben, mag erwähnt werden, dass dieses jedenfalls unter 0'001 mm Quecksilber sein muss.
Zweckmässig ist das Vakuum jedoch noch erheblich höher ; beispielsweise von der Grössenordnung von 1/100. 000 mm.