Gasgefüllte Entladungsröhre. Die Erfindung betrifft eine Entladungs röhre mit mindestens einer Anode und einer Glühkathode, zweckmässig einer Oxyd katbode als Elektronenquelle. Die Füllung der Entladungsröhre besteht wenigstens teil weise aus einem Dampf, zum Beispiel Queck silberdampf, oder aus einem Gemisch von Dämpfen, mit oder ohne Zusatz mindestens eines Gases.
Der Druck des Dampfes ist. derart, dass eine Regelung des Augenblickswertes des Stromes bei Stromdurchgang mittelst Gitter steuerung unmöglich ist.
Entladungsröhren dieser Art werden in sehr vielen Fällen zum Gleichrichten von Wechselstrom benutzt, obgleich sie auch für andere Zwecke Verwendung finden.
Die Erfindung bezweckt, bei derartigen Entladungsröhren, die schon für mehrere Zehntausend -Volt und Zehner von Amperen gebaut werden, die Lebensdauer der Glüh- kathode zu vergrössern, da diese besonders bei mit hohen Spannungen betriebenen Ent- ladungsröhren dadurch erheblich abgekürzt wird, dass bei solchen Entladungsröhren, um unerwünschte Entladungen zu vermeiden, die Dampfspannung sehr niedrig gehalten wer den muss, was die Zerstäubung der Kathode fördert.
Die Entladungsröhre gemäss der Erfin dung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwi- sehen dem Anodenraum und dem Kathoden raum mindestens ein Kondensationsraum für den Dampf vorgesehen ist, welcher durch Röhren kleineren Durchmessers mit dem Anodenraum und dem Kathodenraum in Ver- bindung steht. Hierdurch wird erreicht, dass im Kathodenraum ein verhältnismässig hoher Druck aufrecht erhalten werden kann, der ein zu starkes Zerstäuben der Kathode ver hindert, während der Druck im Anoden raum sehr niedrig ist, da der Dampf vor dem Erreichen dieses Raumes kondensiert wird.
Obgleich bei den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen nur von einer einzigen Anode die Rede ist, ist es klar, dass die giei- eben. Grundsätze angewendet werden kön nen, wenn mehrere Anoden vorhanden sind. Hierbei kann der Weg zu jeder Anode mit mindestens einem besonderen Kondensations raum versehen sein, oder es kann auch min destens ein Kondensationsraum für alle Ent ladungsstrecken gemeinsam sein.
Es sind Entladungsröhren bekannt von der zum Steuern von schwachen Strömen mit Hilfe eines Steuergitters bestimmten Art zum Empfangen oder Verstärken von Sig nalen, wo schon zwischen Anode und Ka thode die Kondensation eines in der Ent ladungsröhre vorhandenen Dampfes an gewendet wird, und zwar in dem Fall, in dem eine "gasförmige Kathode" verwendet wurde. Hierbei werden die Elektronen für die Hauptentladung einer in einem dampf gefüllten Raum auftretenden Hilfsentladung entzogen. Die Kondensation soll in diesem Fall eine Ionisation in dem Raum, in dem das Steuergitter enthalten ist, ganz verhin dern, da sonst die Steuerung unmöglich wird.
Wie oben angegeben, ist gemäss der Er findung ein Kondensationsraum für den Dampf vorgesehen. Die Entladungsröhre be steht also abwechselnd aus engeren und wei teren Teilen. Es ist bekannt, dass infolge der Verengungen der Röhrenwandung die Zündung-sehr erschwert wird. Diesem Übel stand kann bei einer geeigneten Ausfüh rungsform abgeholfen werden, bei der die Wandung der Entladungsröhre mindestens einen Metallabschnitt enthält und ein zweck mässig zwischen zwei aufeinanderfolgenden, metallenenWandabschnitten der Entladungs röhre liegender Raum so weit ausgebildet ist, dass sich in ihm der Dampf kondensiert.
Ob gleich bei den Entladungsröhren gemäss der Erfindung künstliche Kühlmittel für den Kondensationsraum wichtig sein können, sind diese bei der obenbeschriebenen Aus führungsform überflüssig. Ferner empfiehlt es sich, die Entladungsröhre derart zu ge stalten, dass der Verbindungsweg zwischen Kathode und Anode mindestens einmal zweckmässig scharf abgebogen ist. Zu die sem Zweck kann die Entladungsröhre aus einem Kathodenraum und mindestens einem neben diesem Kathodenraum angeordneten Kondensationsraum bestehen; dabei ist bei mehreren solchen Räumen oberhalb des letz ten Kondensationsraumes zweckmässig ein Anodenraum vorgesehen, und die Räume sind aufeinander folgend durch Ansatzrohre für den Durchgang der Entladung verbunden.
Wegen der Knicke in der Entladungsstrecke können schnelle positive Ionen aus dem Ano denraum schwer die Kathode erreichen, so dass die Gefahr des Zerstäubens des Glüh- drahtes infolge des Aufpralles von Ionen verringert ist. Ausserdem werden diese Ionen dadurch, in ihrer Bewegung gebremst, dass der Druck in der Richtung der Kathode zu nimmt. Das Knicken der Entladungsstrecke ist weiter deshalb wichtig, weil die Druck verschiedenheit in den verschiedenen Ab teilen erhöht wird, da die Dampfströmung ihre Richtung ändern muss. .
Die Kondensationsräume und der Katho denraum sind zweckmässig nicht nur durch die Rohre für die Entladung, sondern auch am untern Ende durch Rückstromleitungen für das Kondensat aufeinander folgend ver bunden. Diese Rückstromleitungen können vorteilhaft mit mindestens einem Bogen ver sehen sein, damit das Zurückfliessen des Kondensates gebremst wird. Wenn das Zu rückfliessen nicht allmählich erfolgt, tritt je weils in dem Augenblick, in dem ein Tropfen Kondensat zurückströmt, eine Erhöhung des Dampfdruckes auf.
Bei einer ändern Ausführungsform sind der Kathodenraum, die Kondensationsräume und der Anodenraum übereinander an gebracht, Hierbei ist zweckmässig mindestens eine Kappe vorgesehen, die verhindert, dass das nach dem Kathodenraum zurückströ mende Kondensat mit der Kathode in Be rührung kommt. Ferner sind zweckmässig die Teile der Entladungsröhre, in denen das flüssige Kon densat enthalten ist, am Boden mit minde stens einer Verengung bezw. Einbiegung versehen. Hierdurch wird ein hoher Stand des Flüssigkeitsspiegels erreicht, obgleich die vorhandene. Gesamtmenge beschränkt bleibt.
Die Zeichnung veranschaulicht einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegen standes.
Fig.l zeigt eine Ausführungsform, bei der der Kathodenraum und der Konden sationsraum nebeneinander angeordnet sind; Fig.2 zeigt eine Entladungsröhre, bei welcher die' verschiedenen Räume sich über einander befinden; in Fig.3 ist eine andere Ausführungsform einer derartigen Entladungsröhre darge stellt.
In Fig.l ist im Kathodenraum 1 auf einem Fuss 2 eine Glühkathode 3 angeordnet. Die Kathode besteht aus einem Stückchen' aufgerollten Drahtgeflechtes 4, dessen auf einanderfolgende Windungen einen gewissen Zwischenraum aufweisen; die Windungen einer Heizspirale sind um den ganzen Kör per herumgelegt. Der Körper ist innen und aussen mit einem Stoff von grosser Emis sionsfähigkeit überzogen. Eine solche Ka thode hat eine starke Emission.
Am Boden des Kathodenraumes befindet sich eine Menge Quecksilber 5. Der Katho denraum steht durch ein Rohr 6 mit dem Kondensationsraum 7 in Verbindung. Das Rohr 6 besteht aus Chromeisen und ist zu beiden Seiten am Glas der Entladungsröhre angeschmolzen. Ferner stehen die Räume 1 und 7 durch die Röhre $ miteinander in Ver bindung, so dass sie ein kommunizierendes Gefäss für das Quecksilber bilden.
In analoger Weise steht der Konden sationsraum 7 durch ein Chromeisenrohr 9' mit dem Anodenraum 10 in Verbindung. Die Anode 11 ist beispielsweise auf eine Chromeisenplatte 12 aufgesetzt, die ringsum am Glas der Röhre angeschmolzen ist und mit der die Stromzuführungsleitung verbun den ist.
Infolge des Vorhandenseins der Glüh- kathode 3 im Kathodenraum 1- ist die Tem peratur dort und dementsprechend auch die Dampfspannung des Quecksilbers ziemlich hoch. Der Quecksilberdampf, der sich vom Kathodenraum zum Anodenraum 10 bewegt, kondensiert sich jedoch im Raum 7. Dieser Raum bleibt stets verhältnismässig kühl, da er sich in grosser Entfernung von der Glüh- kathode befindet und eine grosse Fläche hat, so dass ein Temperaturausgleich mit der Um gebung leicht erfolgen kann.
Das konden sierte Quecksilber kann durch die Röhre 3 zum Kathodenraum zurückströmen. Ein U-förmig gebogener Teil 14 bremst die Be wegung; so dass schwingende Bewegungen der- Flüssigkeit und damit bedingte Druck schwankungen vermieden werden. Im Ano denraum herrscht somit ein sehr niedriger Druck, so dass die Gefahr eines Überschlages auf ein Mindestmass gebracht wird. " Jeder der Räume 1 und 7 ist mit einer Einwölbung 13 versehen, die einen gern bildet. Der Quecksilberstand ist infolge dessen hoch,- und trotzdem ist die Gesamt menge Quecksilber gering. Gleichzeitig wird im Raum 1 trotz der geringen Menge Queck silber eine grosse Fläche der Erhitzung durch die Kathode 3 ausgesetzt.
An die Rohre 6 und 9, kann eine geeig nete Spannung angelegt werden, so dass die Zündspannung erheblich erniedrigt werden kann. Die zu diesem Zwecke geeignete Spannung liegt meistens .zwischen derjenigen der Anode und derjenigen der Kathode. Diese Spannung kann zum Beispiel einer be sonderen Sekundärspule auf dem Heizstrom transformator entnommen werden.
Ferner kann man die Entladungsröhre durch Anlegen einer pulsierenden, durch Null gehenden Gleichspannung zwischen Anode und Kathode und einer Wechselspan nung an die Rohre,6 und 9 zur Umformung von Gleichstrom in Wechselstrom verwenden.
In Fig. 2 sind entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 bezeichnet. Der Hauptunterschied gegenüber der Ausführungsform nach Fig.l besteht darin, dass die Entladungsstrecke keinen Knick aufweist, sondern die verschiedenen Räume in einer Geraden übereinander an- gebracht sind.
Wenn das im Kondensations- raum 7 kondensierte Quecksilber beim Her abtröpfeln auf die Glühkathode gelängen würde, würde dies bald eine angreifende Ein wirkung auf diese Kathode an den Stellen herbeiführen, an denen sich zufällig Queck silber befindet. Das Chromeisenrohr 6 ist nun innen mit zwei aus dem gleichen Metall bestehenden, nach oben eng zulaufenden Rohren 15 und 16 versehen.
Das im Raum 7 kondensierte Quecksilber gelangt nun in der Hauptsache zwischen das Rohr 15 und die Wand der Entladungsröhre und strömt von dort abwärts über die Wand des- Rohres 6, um darauf über die Aussenseite des Rohres 16 herabzutröpfeln. Das Rohr 16 bildet eine Kappe oberhalb der Glühkathode, so dass ein Abtropfen von Quecksilber .auf die Kathode verhütet wird.
Die beschriebenen Rohre 15 und 16 haben unter Umständen den Nachteil, dass mit ihnen in Berührung kommende Quecksilber tropfen verdampfen, da die Rohre eine hohe Temperatur haben.. Dies bewirkt plötzliche Druckerhöhungen. Um diesen Nachteil ab zuschwächen, könnte man die Teile 15 und 16 zum Beispiel aus Quarz herstellen. Eine andere Möglichkeit ist in Fig. 3 dargestellt. Das kondensierte Quecksilber wird hier durch die Umlaufleitung 17 zum Raum 1 zurückgeführt.
Eine Kappe 18 ist bei einer solchen Bauart zum Schutz der Schweissstelle 19 gegenübermässige Erhitzung zweckmässig. Ferner kann eine solche Kappe die Zündung noch verbessern. Ähnliche Dienste leistet auch die Kappe -16 in Fig.-2. - Verschiedene' andere. Ausführungsformen sind möglich, ohne - dass. von dem Grund gedanken der Erfindung abgegangen wird.
Beispielsweise brau-chen die Kondensations- räume 7 nicht wie bei den dargestellten Ausführungsbeispielen einen- Teil der Ent ladungsstrecke zu bilden, sondern sie können sich auch in einiger Entfernung von ihr be finden und durch eine Röhre mit ihr in Ver bindung stehen. Auch braucht diese Röhre nicht in die Mitte zwischen Anode und Ka- thode einzumünden, sondern die Mündung kann auch der Anode oder der Kathode näher liegen.
Der Kondensationsraum braucht nicht zu beiden Seiten von metallenen Wandabschnit- ten- der Entladungsröhre begrenzt zu sein. Unter Umständen genügt es für eine gute Zündung, wenn nur einer der verengten Wandabschnitte aus Metall besteht.
Ausser einem Dampf können noch ein oder mehrere Gase, zweckmässig Edelgase, in der Röhre vorhanden sein.
Entladungsröhren nach der Erfindung werden zum Beispiel für Spannungen von 100 Kilovolt und für Entladungsströme von 1 Ampere ausgebildet, und die Lebensdauer kann einige tausend Stunden betragen: Es können diese Werte jedoch noch wesentlich gesteigert werden.
Gas-filled discharge tube. The invention relates to a discharge tube with at least one anode and a hot cathode, expediently an oxide cathode as the electron source. The filling of the discharge tube consists at least partially of a vapor, for example mercury vapor, or of a mixture of vapors, with or without the addition of at least one gas.
The pressure of the steam is. in such a way that it is impossible to regulate the instantaneous value of the current when the current passes through by means of a grid control.
Discharge tubes of this type are used in a great many cases for rectifying alternating current, although they are also used for other purposes.
The aim of the invention is to increase the service life of the incandescent cathode in such discharge tubes, which are already built for tens of thousands of volts and tens of amperes, since this is considerably shortened, especially in the case of discharge tubes operated at high voltages Discharge tubes, in order to avoid undesired discharges, the vapor tension must be kept very low, which promotes the sputtering of the cathode.
The discharge tube according to the invention is characterized in that at least one condensation chamber is provided for the vapor between the anode space and the cathode space, which is connected to the anode space and the cathode space through tubes of smaller diameter. This ensures that a relatively high pressure can be maintained in the cathode space, which prevents excessive atomization of the cathode, while the pressure in the anode space is very low, since the vapor is condensed before reaching this space.
Although only a single anode is mentioned in the embodiments described below, it is clear that the same. Principles can be applied when there are multiple anodes. Here, the path to each anode can be provided with at least one special condensation space, or there can also be at least one condensation space for all discharge paths.
There are discharge tubes known from the specific type for controlling weak currents with the help of a control grid for receiving or amplifying signals, where the condensation of a vapor in the discharge tube is already applied between the anode and the cathode, in the case in which a "gaseous cathode" was used. Here, the electrons for the main discharge are withdrawn from an auxiliary discharge occurring in a vapor-filled room. In this case, the condensation should completely prevent ionization in the room in which the control grid is contained, otherwise control becomes impossible.
As stated above, a condensation space for the steam is provided according to the invention He. The discharge tube is therefore alternately made up of narrower and wider parts. It is known that the narrowing of the tube wall makes ignition very difficult. This inconvenience can be remedied with a suitable embodiment in which the wall of the discharge tube contains at least one metal section and a space expediently located between two consecutive metal wall sections of the discharge tube is designed to such an extent that the vapor condenses in it.
Although artificial coolants can be important for the condensation space in the discharge tubes according to the invention, they are superfluous in the embodiment described above. It is also advisable to design the discharge tube in such a way that the connecting path between the cathode and anode is appropriately sharply bent at least once. For this purpose, the discharge tube can consist of a cathode compartment and at least one condensation compartment arranged next to this cathode compartment; In this case, if there are several such rooms, an anode compartment is expediently provided above the last condensation room, and the rooms are successively connected by connecting pipes for the passage of the discharge.
Because of the kinks in the discharge path, it is difficult for fast positive ions from the anode space to reach the cathode, so that the risk of the filament sputtering as a result of the impact of ions is reduced. In addition, the movement of these ions is slowed down by increasing the pressure in the direction of the cathode. The kinking of the discharge path is also important because the pressure difference in the various parts is increased because the steam flow must change its direction. .
The condensation spaces and the cathode space are expediently connected to one another not only through the pipes for the discharge, but also at the lower end through return flow lines for the condensate. These return lines can be seen advantageously ver with at least one arc so that the backflow of the condensate is slowed down. If the backflow does not take place gradually, an increase in the vapor pressure occurs at the moment when a drop of condensate flows back.
In another embodiment, the cathode compartment, the condensation compartments and the anode compartment are placed one above the other. At least one cap is expediently provided here which prevents the condensate flowing back to the cathode compartment from coming into contact with the cathode. Furthermore, the parts of the discharge tube in which the liquid condensate is contained are expedient, respectively at the bottom with minde least a constriction. Inflection provided. As a result, a high level of the liquid level is achieved, although the existing level. Total amount remains limited.
The drawing illustrates some embodiments of the subject matter of the invention.
Fig.l shows an embodiment in which the cathode compartment and the condensation room are arranged side by side; Fig. 2 shows a discharge tube in which the different spaces are located one above the other; in Figure 3, another embodiment of such a discharge tube is Darge provides.
In Fig.l a hot cathode 3 is arranged in the cathode chamber 1 on a foot 2. The cathode consists of a piece of rolled up wire mesh 4, the successive turns of which have a certain gap; the turns of a heating coil are wrapped around the whole body. The body is covered inside and outside with a substance that is highly emissive. Such a cathode has a strong emission.
There is a lot of mercury 5 at the bottom of the cathode compartment. The cathode compartment is connected to the condensation compartment 7 through a tube 6. The tube 6 consists of chrome iron and is fused on both sides to the glass of the discharge tube. Furthermore, the spaces 1 and 7 are connected to one another through the tube $, so that they form a communicating vessel for the mercury.
In an analogous manner, the condensation space 7 is connected to the anode space 10 through a chrome iron pipe 9 '. The anode 11 is placed, for example, on a chrome iron plate 12 which is melted all around the glass of the tube and with which the power supply line is verbun.
As a result of the presence of the incandescent cathode 3 in the cathode compartment 1-, the temperature there and accordingly the vapor tension of the mercury is quite high. The mercury vapor that moves from the cathode compartment to the anode compartment 10, however, condenses in space 7. This space always remains relatively cool because it is located a great distance from the incandescent cathode and has a large area, so that a temperature compensation with the Around environment can be done easily.
The condensed mercury can flow back through the tube 3 to the cathode compartment. A U-shaped bent part 14 brakes the movement; so that oscillating movements of the liquid and the resulting pressure fluctuations are avoided. The pressure in the anode space is therefore very low, so that the risk of a rollover is reduced to a minimum. "Each of the rooms 1 and 7 is provided with a vault 13, which one likes to create. As a result, the mercury level is high - and yet the total amount of mercury is small exposed to the heating by the cathode 3.
A suitable voltage can be applied to the tubes 6 and 9 so that the ignition voltage can be reduced considerably. The voltage suitable for this purpose is usually between that of the anode and that of the cathode. This voltage can, for example, be taken from a special secondary coil on the heating current transformer.
Furthermore, you can use the discharge tube by applying a pulsating, zero going DC voltage between the anode and cathode and an AC voltage to the tubes, 6 and 9 to convert direct current into alternating current.
In FIG. 2, corresponding parts are denoted by the same reference numerals as in FIG. The main difference compared to the embodiment according to FIG. 1 is that the discharge path has no kink, but rather the various spaces are placed one above the other in a straight line.
If the mercury condensed in the condensation chamber 7 were to trickle down onto the hot cathode, this would soon have a corrosive effect on this cathode in the places where mercury happens to be located. The chrome iron pipe 6 is now internally provided with two pipes 15 and 16 made of the same metal and tapering towards the top.
The mercury condensed in space 7 now mainly reaches between the tube 15 and the wall of the discharge tube and flows from there downwards over the wall of the tube 6 in order to trickle down over the outside of the tube 16. The tube 16 forms a cap above the hot cathode, so that dripping of mercury onto the cathode is prevented.
The tubes 15 and 16 described may have the disadvantage that drops of mercury coming into contact with them evaporate because the tubes have a high temperature. This causes sudden increases in pressure. In order to mitigate this disadvantage, parts 15 and 16 could be made of quartz, for example. Another possibility is shown in FIG. The condensed mercury is returned to room 1 through the circulation line 17.
In the case of such a design, a cap 18 is useful to protect the welding point 19 from overheating. Furthermore, such a cap can further improve the ignition. The cap -16 in FIG. 2 also provides similar services. - Various' others. Embodiments are possible without - departing from the basic concept of the invention.
For example, the condensation spaces 7 do not need to form part of the discharge path, as in the exemplary embodiments shown, but they can also be located some distance from it and be connected to it through a tube. This tube does not have to open into the middle between the anode and the cathode, but the opening can also be closer to the anode or the cathode.
The condensation space need not be delimited on both sides by metal wall sections of the discharge tube. Under certain circumstances it is sufficient for a good ignition if only one of the narrowed wall sections consists of metal.
In addition to steam, one or more gases, suitably noble gases, can also be present in the tube.
Discharge tubes according to the invention are designed, for example, for voltages of 100 kilovolts and for discharge currents of 1 ampere, and the service life can be several thousand hours: however, these values can still be increased considerably.