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Elektronenröhrenventil und Einrichtung zur Umformung von Wechselstrom in Gleich- strom und umgekehrt mittels Elektronenröhrenventilen.
Die Erfindung betrifft in erster Linie ein Elektronenröhrenventil mit zwei oder drei konzentrischen, vorzugsweise zylindrischen Elektroden, einer im Innern angeordneten zylindrischen Kathode, einem um dieselbe angeordneten Gitter und einem aussen liegenden Anodenzylinder. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass die Innenfläche des Anodenzylinders poliert ist zum Zwecke die auffallende Wärmestrahlung auf die Kathode zu reflektieren.
Durch Unterteilung des Anodenzylinders in eine entsprechende Zahl von Segmenten und Anordnung einerentsprechenden Zahl von Transformatoren in der bei Quecksilbergleichrichtern bekannten Weise, und von denen jeder zwei Sekundärwicklungen besitzt, die mit den Anodensegmenten und einem neutralen Punkt und der Kathode zusammengeschaltet sind, kann man mit dieser Röhre Wechselstrom oder Drehstrom in Gleichstrom umformen. Durch Unterteilung des Gitters und Zusammenschalten der Gittersegmente mit einem drehbaren Kommutator und einer Gleichstromquelle kann man umgekehrt mit dieser Röhre Gleichstrom in Wechsel-oder Drehstrom umformen.
Der Gegenstand der Erfindung ist in zwei beispielsweisen Ausführungsformen dargestellt. Fig. 1 veranschaulicht das Rohr in einem Längsachsenschnitt, Fig. 2 zeigt in einem zur Achse rechtwinkeligen Schnitte das Rohr in der Ausführung mit zwei Elektroden oder als Ventil zum Umwandeln von Dreiphasenstrom in Gleichstrom und zugleich das zugehörige Schaltungsschema, Fig. 3 ist ein gleicher Schnitt eines Rohres mit drei Elektroden, welche zum Umformen von Gleichstrom in Dreiphasenstrom dient.
Das Rohr 1, Fig. 1 hat in bekannter Weise drei Elektroden : Anode, Kathode und das zwischengeschaltete Gitter und kann aus Glas, Quarz oder Metall bestehen. Das Rohr muss möglichst weit entlüftet sein. Die Anode besteht-in ebenfalls bekannter Weise-aus einem Metallzylinder 2, beispielsweise aus Eisen, ist an den nach aussen führenden Leiter 4 angeschlossen und hängt an schwer schmelzbaren Emailstiften 3. , welche in die Wand der Röhre eingeschmolzen oder daran angelötet sind. Seine innere Fläche ist erfindungsgemäss hochpolieit. Das zylindrische Gitter besteht aus einem schraubenlörmig aus Metalldraht gewundenen Drahtnetze, das von Stangen 5, 5 aus Wolfram gehalten wird, die mit beiden Enden in zwei Matallringe 6, 6 eingefügt sind, welche wie die Anode von Em8. illezapfen 7,7 getragen werden ; Leiter 8 bildet eine Verbindung nach aussen.
Die Kathode besteht aus einem Hohlzylinder 9 aus Eisen oder einem andern schwer schmelzbaren Metall. Ein Rohransatz 10 am Boden des Zylinders umfasst ein Isolierrohr 11 aus Glas, das mit dem Rohr 1 aus einem Stück bestehen kann und als Träger für die Kathode dient. Der Zylinder 9 ist aussen mit einer Metalloxydschicht, z. B.
Baryumoxyd bekleidet, seine innere Fläche ist mit Russ überzogen und von seinem Boden geht ein Leiter 18 nach aussen. Im Innern des Zylinders 9 ist ein Widerstand 14 aus Draht angeordnet, dessen spezifischer elektrischer Leitungswiderstand mit der Temperatur sehr schnell wächst. Auch dieser Draht ist mit Russ geschwärzt und steht einerseits mit dem Boden des Zylinders 9 und anderseits mit einer Metallplatte 15 in Verbindung, die den Boden des Zylinders 16 bildet, welche das Glasrohr 17 am andern Ende des Rohres 1 aufnimmt, und die mit dem nach aussen führenden Leiter 18 verbunden ist.
Sendet man einen Strom aus einer zwischen die Leiter 13 und 18 geschalteten Stromquelle in den Widerstand 14 und bringt ihn zum Glühen, so erwärmt er die Kathode durch Bestrahlung und befähigt sie, Elektronen
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auszusenden, damit ein Stromfluss vom Leiter 4 über die Anode 2 nach der Kathode und dem Leiter 13 fliessen kann.
Die eigenartige Bauweise dieses Rohres mit drei Elektroden gründet sich auf folgende Überlegungen : Die Kathode hat deshalb eine grosse Fläche, um stärkere Ströme führen zu können wie die bis jetzt angewandten Kathodenrohre, bei denen die Kathode aus einem Metallfaden bestand, der selbst vom Strom erhitzt wird Dadurch, dass man den Widerstand 14 aus Eisendraht oder einem andern Draht von hohem positiven Temperaturkoeffizienten ausführt, erhält man eine Selbstregulierung des heizstromes, dessen Stärke bei konstanter Spannung rasch abnimmt, wenn die Temperatur steigt. Die Oberfläche der Kathode ist mit Metalloxyden überzogen, die unter dem Einflusse der Erhitzung leitend werden und Elektronen in grosser Zahl bei relativ niedrigen Temperaturen wie Dunkelrotglut aussenden, bei denen Metalle für die Elektronen praktisch undurchlässig sind.
Bestünde die Kathode vollständig aus Metall, so müsste sie gegenüber dem Gitter und insbesondere der Anode sehr heiss sein. Es würde dann ein weit grösserer Energieverlust eintreten. Bei dem beschriebenen Rohre werden diese Verluste dadurch in hohem Masse verringert, dass der grösste Teil der Wärme durch Reflexion an der po'ierten inneren Fläche der Anode zur Kathode zurückgeführt wird. Die durch Auftreffen von Elektronen auf der Anode freigewordene'Wärmemenge ist nur gering, da der Potenthlunterschied zwischen Anode und Kathode bei durchfliessendem Strome in diesen Rohren immer sehr klein bleibt.
So erhält man bei geringem Wärmeverbrauche eine heisse Kathode, die imstande ist, einen starken Strom zu liefern und kann diese Röhre mit gutem Wirkungsgrad, bei der das Gitter genau dieselbe Temperatur hat wie die Kathode, für Ströme von niedriger Spannung verwenden.
Man kann mit diesem Dreielektrodenrohre alles das erwirken, was sich mit dem Ludion in der drahtlosen Telegraphie erreichen lässt, man gewinnt aber bei hoher Leistungsfähigkeit und vorzüglichem Wirkungsgrade den Vorteil fines Apparates von geringen Dimensionen.
Wenn man das Gitter mit der Anode über einen sehr grossen Widerstand verbindet, so wird jede ! von der Anode zur Kathode gehende Strom die Röhre durchfliessen, sofern seine Stärke geringer ist als die des Sättigungsstromes der Kathode. Bei den praktisch vorkommenden Spannungen kann kein Strom entgegengesetzter Richtung durch das Rohr gehen. Man hat somit ein Elektronenröhrenventil vor sich, das zur Umformung von Wechselstrom und Drehstrom in Gleichstrom und umgekehrt dienen kann.
Wenn das Rohr einem andern Zwecke dienen soll, so ist es nötig, dieses mit einem Gittei zu versehen. Lässt man aber das dargestellte Gitter fort, so erhält man ein Rohr mit zwei Elektroden, Anode und Kathode.
Wenn es sieh z. B. um die Umformung von Dreiphasenstrom in Gleichstrom handelt, so ist in diesem Falle das Gitter zwecklos und man benutzt als Ventil ein Rohr mit zwei Elektroden, Anode und Kathode, wie es die Fig. 2 darstellt, die einen Schnitt A senkrecht zur Achse des Rohres zeigt. Der Anodenzylinder ist in sechs Zylinderstreifen al bis a6 unterteilt, an die je ein nach aussen führender Leiter
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Von der Kathode C und von dem neutralen Punkte 0 gehen zwei Leiter X und Y aus, von welchen man Gleichstrom entnehmen kann. Die primären Spulen P der drei Transformatoren T\ P, T3 werden in Stern-oder Dreieckschaltung mit dem Netz verbunden. Während einer halben Periode des Wechselstromes gibt die Spule 81 Strom ab, indem Sie Al zur Anode macht, während der nächsten halben Periode die Spule 811 usw., die Ströme fliessen immer von dem neutralen Punkte zur Kathode C. Dieselben Er- scheinungen wiederholen sich bei den beiden andern Transformatoren in Zeiträumen, welche einem Drittel bzw. zwei Drittel der Periode der Wechselströme gleich sind. Es fliessen also immer gleichgerichtete Ströme durch die zwischen den Leitern X und Y eingeschalteten Arbeitsstromkreise.
Wenn man anderseits Gleichstrom in dreiphasigen Wechselstrom umformen will, so ist eine Schaltung, etwa wie in Fig. 3 dargestellt, zu wählen. In dem dort dargestellten, mit drei Transformatoren
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geteilt ist. Die Gitterelemente gl und zuliegen vor den beiden durch die Leiter Cl und C mit den beiden sekundären Stromkreisen des Transformators T'verbundenen Anoden al-a2. Man kann beispielsweise diese Gitterelemente aus oberen und unteren Stäben herstellen, auf welche Drähte gespannt, z. B. durch Löten befestigt sind, und von aussen Strom erhalten. Mit der Röhre wirkt ein rotierender Kommutator D zusammen, welcher folgendermassen zusammengesetzt ist : 1.
Sechs Halbringe d1, d2, d3 und d4, d5, d6 sind je zu zweien zu Vollringen vereint, die durch eine in einer diametralen Ebene liegende Isolierschicht
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1, ,/ auf diametral entgegengesetzter Seite, und diese sechs Bürsten sind mit den sechs Elementen gl bis godes Gitters, wie schematisch dargestellt, sinngemäss verbunden.
Die Bürste F des Ringes B ist mit einer zwischen sie und die Kathode eingeschalteten Batterie K verbunden, welche sie sowie alle mit ihr in Verbindung stehenden Leiter in bezug auf die Kathode positiv macht. Die Bürste Fol des Ringes BI ist verbunden mit einer zwischen sie und die Kathode geschalteten Batterie jE, welche die Bürste sowie alle mit ihr verbundenen Leiter in bezug auf die Kathode negativ macht. Die Elemente des Gitters verhalten sich demnach so, dass in jedem Augenblick das eine gl in bezug auf die Kathode positiv und das andere g2 negativ ist. Nach einer halben Umdrehung des Kommutators wird dasjenige, welches vorher positiv war, negativ und umgekehrt. Die Gleichstromquelle X, Y ist einerseits an die Kathode, anderseits an den neutralen Punkt 0 angelegt.
Dieser Strom kann nur die positiven Gitter durchströmen und wird durch die negativen Gitter aufgehalten ; er kann somit immer nur eine der beiden Sekundären 81 oder 811 usw. der Transformatoren T'bis T'durchfliessen, aber niemals beide gleichzeitig. Läuft der Kommutator um, so geht der Strom aufeinanderfolgend durch die beiden Sekundären, aber da diese in entgegengesetztem Sinne gewickelt sind, so bleibt die in pI induzierte EMK die gleiche, wie wenn nur eine einzige von einem Wechselstrom durchflossene Wicklung vorhanden wäre. Der Stromkreis PI des Transformators T wird so zum Sitze einer wechselelektromotorisehen Kraft, deren Frequenz durch die sekundliche Umdrehungszahl des Kommutators bestimmt ist.
Ebenso sind die Stromkreise f, p3 der Transformatoren T2, T3 Sitze wechselelektromotorischer Kräfte von gleicher Frequenz, gleicher Grösse, die aber um je ein Drittel Periodendauer gegeneinander verschoben sind.
Will man endlich Wechselströme von einer gegebenen Frequenz in Wechselströme von einer andern Frequenz umformen, so ordnet man einen Gleichrichter nach Fig. 2 und einen Umformer nach Fig. 3 an.
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1. Elektronenröhrenventil mit zwei oder drei konzentrischen, vorzugsweise zylindrischen Elektroden, einer im Innern angeordneten zylindrischen Kathode, einem aussen liegenden Anodenzylinder und gegebenenfalls zwischen beiden liegenden Gitter, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche des Anodenzylinders poliert ist, zum Zwecke, die auffallende Wärmestrahlung auf die Kathodezureflektieren.
2. Einrichtung zur Umformung von Dreiphasenstrom in Gleichstrom mittels Elektronenröhrenventilen mit zylindrischer, die Glühkathode einschliessender Anode, dadurch gekennzeichnet, dass der Anodenzylinder in sechs gleich weit voneinander abstehende zylindrische Segmente (al bis al) unterteilt ist und in bei Quecksilberdampfgleichrichtern bekannter Weise drei Transformatoren bis T3) vorgesehen sind, deren Primärwicklungen (PI bis P3) von Dreiphasenstrom durchflossen werden, von
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bindungen besitzt, deren eine Enden jeweils mit den Anodensegmenten, deren andere Enden dagegen untereinander und mit einem neutralen Punkt verbunden sind, der im Verein mit der Kathode (14) die Anschlussstellen für die Gleichstromleitung bildet.
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