Anode mit Schutzhülsen für Quecksilberdampfgleichrichter. Bei Quecksilber'dampfgleichrichtern ent stehen Rückzündungen dadurch, dass jede Anode während einer Halbperiode (Sperrzeit) gegenüber der Kathode ein negatives Poten tial annimmt. Je nach den Spannungs- und Druckverhältnissen im Gleichrichter wird ein mehr oder weniger starker Rückstrom von der Anode als negativer Elektrode ausgehen.
Dieser Rückstrom wird hervorgerufen durch positive Jonen, die beispielsweise durch natürliche Diffusion aus dem Lichtbogen zwischen einer benachbarten Anode und der Kathode zur Sperrelektrode gelangen und von dieser kräftig angezogen werden. Diese Jonen sammeln sich um den Anodenkopf an und bilden hier den sogenannten Langmuir- schen Dunkelraum.
Die Schichtdicke dieser Raumladung wächst mit zunehmender Span nung; damit nimmt auch ihre Oberfläche und die Zahl der aufgefangenen Jonen zu und infolgedessen auch der Strom. Bei den ge bräuchlichen -Anoden mit Liehtbogenfüh- rungszylindern aus Metall oder Isolierstoff wird also durch das Ausbreiten der Raum ladung um die Anode herum auch der Mantel der Anode von positiven Jonen getroffen, so dass bei :Störungen auf der Anodenoberfläche schliesslich der Rückstrom von irgend einer Stelle der Anodenoberfläche ausgehend bis zu einem Kurzschlussstrom anwachsen kann.
Zur Verringerung der Rückzündungs- gefahr ist es notwendig, den Anodenmantel gegen das Auftreffen positiver Jonen zu schützen. Man hat zu dem Zweck vorge schlagen, die Lichtbogenführungshülse dicht um die Anode anzuordnen bezw. die Anode mit einer besonderen Metallhülse neben der Lichtbogenführungshülse zu umschliessen. Diese bekannten Anordnungen führen aber nicht dazu, die Rückzündungen genügend zu beschränken bezw. ganz zu beseitigen.
Gemäss vorliegender Erfindung werden nun Rückzündungen dadurch unmöglich ge macht, dass die in bekannter Weise die Anode dicht umschliessende und an ihr isoliert auf- gehängte metallische Schutzhülse über einen hohen Ohmschen Widerstand mit der Anode leitend verbunden: ist, wobei die so geschützte Anode in üblicher Weise mit einer Licht bogenführungshülse umgeben ist. Die Schutz hülse kann mit :der ,Stirnseite der Anode bündig angeordnet sein, sie kann aber die Anode auch überragen.
Die Anode wird dabei zweckmässig an ihrer ,Stirnseite eben ausge führt, sie kann aber auch einen nach innen gezogenen bezw. versenkten Kern besitzen; ebensogut kann die Stirnfläche gewölbt oder anders profiliert sein. Der Widerstand kann innerhalb oder ausserhalb des Entladungs gefässes liegen, bezw. in Stabform isoliert in der metallischen Schutzhülse eingebettet, oder aber in besonderen Isolatoren in der Anodenplatte angeordnet sein.
Es hat sich ferner herausgestellt, dass der Rückstrom über die Oberfläche der Anode nicht gleichmässig verteilt ist. Das Zentrum der Anode führt einen wesentlich höheren Rückstrom als die übrige Ringfläche. Mes- sungen: haben ergeben, dass ,der Kern während der Sperrzeit bei 4000 Volt Spannung an nähernd '30 mal stärker belastet ist als der Ringquerschnitt.
Auf Grund dieser Tatsache wird zweckmässig die Anode mit einem Kern aus Eisen bezw. Elektrographit oder einem andern quecksilberfesten Material mit hohem spezifischen Widerstand (Chromnickel) ver sehen, der entweder in der Anode isoliert an geordnet, .oder .ebenfalls über einen hohen Ohmschen Widerstand mit ihr verbunden ist.
Dabei muss sowohl das Isoliermaterial, als auch der Widerstand aus einem hitzebestän digen Material bestehen, wie zum Beispiel Quarz, bezw..Silit. Es ist ausserdem zweck mässig, die -Anode mit einem Schirm zu ver sehen, der den Rückstrom abfängt, den Vor wärtsstrom aber seitlich zur Anode gelangen lässt. Der Schirm wird entweder mit der Anodenschutzhülse oder dem Anodenkern innerhalb der Lichtbogenführungshülse ver bunden.
In der Zeichnung sind verschiedene Aus führungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Abb. 1 zeigt eine Anode mit einer Schutz, hülse, die über einen Widerstand leitend mit- einander verbunden sind, und Abb.2 zeigt eine besondere Anordnung des Widerstandes; Abb. 3 zeigt eine Anode mit Schutzhülse und einem besonderen Kern, die über Widerstände leitend miteinander in Verbindung stehen;
in Abb.4 ist die Vereinigung eines Anoden kerns gemäss Abb. 3 mit einem Schirm ge zeigt, während Abb. 5 die Vereinigung des Schirmes mit der Anodenschutzhülse dar stellt.
In Abb. 1 bedeutet a die Anode aus Me tall oder Kohle, die gegen den Einführungs isolator b @durchGraphitgriess oder eigleichen isoliert abgedichtet ist. Mit der an der Stirn seite ebenen Anode liegt bündig die Schutz hülse c, die gleichfalls aus Metall oder Kohle bestehen kann und am Einführungsisolator aufgehängt ist. d ist der Widerstand zwi schen iSchutzhülse und Anode, der bei dem Ausführungsbeispiel in dem unwirksamen Raum zwischen Isolator b und Lichtbogen führungshülse e eingebaut ist.
Letztere kann in bekannter Weise aus Metall oder Isolier material bestehen; sie ist mit der Anoden platte leitend oder isoliert verbunden, und umgibt zweckmässig den Einführungsisolator so, dass ein geringer Luftspalt vorhanden ist. Die Lichtbogenführungshülse kann aber auch so ausgebildet sein, dass sie in ihrem obern Teil aus. Isoliermaterial und in dem untern Teil, etwa von der Ebene der Stirnfläche der Anode ab, aus Metall besteht.
Bei einer derartig ausgebildeten Anode setzt sieh bei Vorwärtsstrom der Lichtbogen nur an der Anode a selbst an, während die Schutzhülse fast keinen Strom führt. Bei der Rückstromperiode verteilt sich der geringe Rückstrom auf die Stirnfläche der Anode a und .die Schutzhülse c. Der über die Schutz hülse fliessende Strom kann infolge des Widerstandes nicht kurzschlussartig an wachsen.
In Abb. 2 ist die Anordnung des Wider standes<I>d</I> in Stabform in einem Isolator f gezeigt, der gleichzeitig zur isolierten Auf hängung der metallischen Lichtbogenfüh- ruagshülse e dient. Der Isolator f muss gegen die Anodenplatte g hochvakuumsicher abge- dichtet sein. Die stromleitende Verbindung zwischen dem Widerstand d und der Schutz hülse c erfolgt in bekannter Weise durch eine Kontaktfeder.
Abb. 3 zeigt eine Anode a mit einem be sonders eingesetzten, in der Anode versenkten Kern h. Die Anode ist wieder von der Schutzhülse c umgeben, die über .den Wider stand d -aus Silit oder :dergleichen mit ihr verbunden ist. Der Kern h aus Eisen, Chrom nickel oder Elektrographit ist ebenfalls über Widerstände<I>i</I> und<I>k</I> aus Silit oder der gleichen mit der Anode verbunden. Der Kern kann aber auch gegen. die Anode isoliert an geordnet sein, und zwar wird zweckmässig als hitzebeständiges Isoliermaterial Quarz oder dergleichen verwendet.
Die Widerstände <I>d, i</I> und k sind bei dem dargestellten Bei spiel als Scheiben bezw. Ringe ausgebildet; die gleiche Form erhalten auch die gege benenfalls zu verwendenden Isolierzwischen- lagen. Der Durchmesser des Kernes beträgt zweckmässig 1/.1 des. Aussendurchmessers der Anode.
Die Betriebssicherheit eines Gleichrichters wird durch Verwendung von Anoden nach Abb. 3 bedeutend erhöht. Die ringförmige Oberfläche der Anoden allein führt hierbei den Vorwärts- und den Rückstrom. Auch hier hat die .Schutzhülse den Zweck, den Rückstrom und .den Vorwärtsstrom von dem Mantel der Anode fernzuhalten.
Während der Sperrzeit kann .am Anodenkern keine Rückzündung entstehen; denn, sitzt er isoliert in der Anode, so führt er überhaupt keinen Strom, ist er aber über einen hohen Ohmschen Widerstand mit der Anode verbunden, so bleibt der Rückstrom klein. Eine Anode mit isoliert eingesetztem Kern bietet dabei den Vorteil, dass an der Stelle der grössten Be lastung während der Sperrzeit keine Rück zündung sich ausbreiten kann. Da. aber .die übrige Anodenfläche schwächer belastet ist, so sinkt die Wahrscheinlichkeit, dass Rück zündungen im Gleichrichter überhaupt ent stehen können.
Abb. 4 zeigt eine Anodenanordnung ge mäss Abb. 3, die mit einem besonderen Eisen- Schirm 1 versehen ist, der über die Stange ua aus Eisen oder Wolfram mit der Anode lei tend verbunden ist. Der Schirm 1 hat den Zweck, den Vorwärtsstrom ungehindert zur Anode gelangen zu lassen, den Rückstrom aber abzufangen und über den gern h und die Widerstände<I>i,</I> k zur Anode zu führen. Der Kern h liegt versenkt in der Anode, aber bündig mit ihrer Entladungsfläche. Die übrige Ausführung entspricht den bereits be schriebenen Beispielen.
Die den Vorwärts strom führende Kreisfläche der Anode wird auf diese Art während der Sperrzeit von Rückströmen sehr stark entlastet.
Eine andere Ausführungsform dieser letz teren Art zeigt Abb. 5. Hier ist der Schirm 1 über die Streben m leitend mit der Schutz hülse c verbunden. Die Anode a ist massiv ohne besonderen Kern dargestellt, und die Stirnfläche der Anode ist nach innen ge wölbt. Die Schutzhülse c überragt die Stirn fläche der Anode. Zweck und Wirkungsweise entsprechen der Anordnung nach Abb. 4.
Anode with protective sleeves for mercury vapor rectifiers. In the case of mercury vapor rectifiers, re-ignition occurs when each anode assumes a negative potential with respect to the cathode for a half period (blocking time). Depending on the voltage and pressure conditions in the rectifier, a more or less strong reverse current will emanate from the anode as the negative electrode.
This reverse current is caused by positive ions which, for example, reach the barrier electrode through natural diffusion from the arc between an adjacent anode and the cathode and are strongly attracted by it. These ions collect around the anode head and form the so-called Langmuir dark room here.
The layer thickness of this space charge grows with increasing tension; this also increases their surface area and the number of trapped ions, and consequently also the current. With the usual anodes with curved guide cylinders made of metal or insulating material, the spread of the space charge around the anode also affects the anode's jacket with positive ions, so that in the event of: Disturbances on the anode surface, the reverse current from someone Point of the anode surface can grow to a short-circuit current starting from.
To reduce the risk of reignition, it is necessary to protect the anode jacket against the impact of positive ions. It has been proposed for the purpose to arrange the arc guide sleeve tightly around the anode BEZW. to enclose the anode with a special metal sleeve next to the arc guide sleeve. However, these known arrangements do not lead to the re-ignition being sufficiently limited or. to be eliminated entirely.
According to the present invention, backfiring is now made impossible by the fact that the metallic protective sleeve, which tightly encloses the anode in a known manner and is suspended from it in an isolated manner, is conductively connected to the anode via a high ohmic resistance: the anode thus protected in the usual way is surrounded with an arc guide sleeve. The protective sleeve can be arranged flush with the end face of the anode, but it can also protrude beyond the anode.
The anode is expediently leads out on its end face, but it can also be a drawn inward or. have a submerged core; The end face can just as well be curved or profiled differently. The resistance can be inside or outside the discharge vessel, respectively. embedded in the form of a rod, insulated, in the metallic protective sleeve, or in special insulators in the anode plate.
It has also been found that the return current is not evenly distributed over the surface of the anode. The center of the anode has a much higher return current than the rest of the ring surface. Measurements: have shown that the core is loaded almost 30 times more than the ring cross-section during the blocking time at 4000 volts.
Due to this fact, the anode with a core made of iron BEZW. Electrographite or another mercury-resistant material with a high specific resistance (chromium-nickel), which is either arranged in an isolated manner in the anode, .or. Is also connected to it via a high ohmic resistance.
Both the insulating material and the resistor must be made of a heat-resistant material such as quartz or silite. It is also useful to see the anode with a screen that intercepts the return current, but allows the forward current to reach the anode on the side. The screen is connected to either the anode protection sleeve or the anode core within the arc guide sleeve.
In the drawing, various exemplary embodiments of the invention are shown. Fig. 1 shows an anode with a protective sleeve, which are conductively connected to one another via a resistor, and Fig. 2 shows a special arrangement of the resistor; Fig. 3 shows an anode with a protective sleeve and a special core, which are conductively connected to one another via resistors;
in Fig.4 the union of an anode core according to Fig. 3 with a screen is shown, while Fig. 5 shows the union of the screen with the anode sleeve.
In Fig. 1, a denotes the anode made of metal or carbon, which is sealed against the inlet insulator b @ by means of graphite grit or intrinsically isolated. The protective sleeve c, which can also be made of metal or carbon and is suspended on the lead-in insulator, is flush with the anode, which is flat on the front side. d is the resistance between the protective sleeve and the anode, which in the exemplary embodiment is installed in the ineffective space between insulator b and arc guide sleeve e.
The latter can consist of metal or insulating material in a known manner; it is connected to the anode plate in a conductive or insulated manner, and expediently surrounds the lead-in insulator so that there is a small air gap. The arc guide sleeve can, however, also be designed in such a way that it consists of in its upper part. Insulating material and in the lower part, approximately from the plane of the end face of the anode, made of metal.
With an anode designed in this way, with a forward current, the arc only starts at the anode a itself, while the protective sleeve carries almost no current. During the reverse current period, the small reverse current is distributed over the face of the anode a and the protective sleeve c. The current flowing through the protective sleeve cannot grow like a short circuit due to the resistance.
In Fig. 2, the arrangement of the resistance <I> d </I> is shown in the form of a rod in an insulator f, which is also used to insulate the suspension of the metallic arc guide sleeve e. The insulator f must be sealed against the anode plate g in a high vacuum-safe manner. The current-conducting connection between the resistor d and the protective sleeve c is made in a known manner by a contact spring.
Fig. 3 shows an anode a with a specially inserted core h sunk into the anode. The anode is again surrounded by the protective sleeve c, which stood over .the resistance d -from Silit or: the like is connected to it. The core h made of iron, chromium nickel or electrographite is also connected to the anode via resistors <I> i </I> and <I> k </I> made of silicon or the like. The core can also against. the anode to be arranged in isolation, namely quartz or the like is expediently used as a heat-resistant insulating material.
The resistors <I> d, i </I> and k are respectively in the example shown as disks. Rings formed; The insulating interlayers that may be used are also given the same shape. The diameter of the core is expediently 1/1 of the outer diameter of the anode.
The operational safety of a rectifier is significantly increased by using anodes as shown in Fig. 3. The ring-shaped surface of the anodes alone guides the forward and reverse currents. Here, too, the purpose of the protective sleeve is to keep the backflow and the forward flow away from the jacket of the anode.
During the blocking time, no flashback can occur at the anode core; because, if it is isolated in the anode, it carries no current at all, but if it is connected to the anode via a high ohmic resistance, the return current remains small. An anode with an insulated core offers the advantage that no backfire can spread at the point of greatest load during the blocking time. There. but .the rest of the anode area is less loaded, the probability that reignition in the rectifier can occur at all decreases.
Fig. 4 shows an anode arrangement according to Fig. 3, which is provided with a special iron screen 1, which is connected to the anode lei tend via the rod made of iron or tungsten. The purpose of the screen 1 is to allow the forward current to reach the anode unhindered, but to intercept the return current and to lead it to the anode via the h and the resistors <I> i, </I> k. The core h is sunk into the anode, but flush with its discharge surface. The rest of the design corresponds to the examples already described.
The circular area of the anode carrying the forward current is very strongly relieved of reverse currents in this way during the blocking time.
Another embodiment of this latter type is shown in Fig. 5. Here the screen 1 is conductively connected to the protective sleeve c via the struts m. The anode a is shown solid without a special core, and the end face of the anode is curved inwardly. The protective sleeve c protrudes over the face of the anode. The purpose and mode of operation correspond to the arrangement shown in Fig. 4.