Ionenventil. Ionenventile, die als Leiter ein Edelgas oder einen Metalldampf, zum Beispiel Qlueck- silberdampf, benutzen, sind für grosse Lei stungen und mittlere Spannungen gewöhnlich mit einem Hauptgefäss aus Metall und einem Kathodenbehälter und Anodendurchführun gen aus Isolierstoff ausgeführt. Für sehr hohe Spannungen wird öfters empfohlen, die Anoden in den obern Enden von rohrförmi- gen Isolatoren anzubringen, die ausserhalb oder innerhalb des im Metall oder Isolier material ausgeführten Hauptgefässes liegen.
Diese rohrförmigen Isolatoren dienen dazu, das Entstehen allzu kleiner Abstände zwi schen den Anoden und den Gefässwänden zu vermeiden. Es wurde nrun gefunden, dass das Vorsehen derartiger Rohrisolatoren im all gemeinen nicht genügt, um Rückzündungen zu vermeiden, weil das elektrische Feld an gewissen Stellen allzu stark zusammen gedrängt wird, falls es lediglich durch die elektrostatische Wirkung bestimmt werden soll. Erfindungsgemäss wird deshalb im Isolierrohr der Anode ein Körper aus Wi derstandsstoff angebracht, der einen ge nügenden Widerstand besitzt, um zwischen seinen Enden die ganze Spannung zwischen Anode und Kathode ohne Überhitzung zu er tragen, und der dazu dient, die Feldverteilung im Isolierrohr während des Sperrzeitraumes im wesentlichen zu bestimmen.
Ausführungsbeispiele des Erfindungs gegenstandes sind in der beiliegenden Zeich nung dargestellt.
In der Zeichnung zeigt Fig. 1 ein voll ständiges Ionenventil (zum Beispiel als Gleichrichter arbeitend) in senkrechtem Schnitt mit besonderer Anodenausführung; F'ig. 2 zeigt eine andere Ausführungs form der Anoden in teilweisem senkrechtem Schnitt und Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie 3-d in Fig. 2; Fig. 4 zeigt eine Abänderung der Fig. 3; Fig. 5 bis 7 stellen weitere Ausführungs formen der Anoden in senkrechten Schnit ten dar.
In Fig. 1 bezeichnet 1 das Hauptgefäss' des Ionenventils, das zum Beispiel aus Eisen ausgeführt ist und einen Kondensierdom 2, einen isolierten Kathodenbehälter 3 und Kühlmantel 4 besitzt. Das Ionenventil ent hält ferner eine Zündanode 5\, Erregeranoden, deren eine bei 6 dargestellt ist, und Haupt anoden 7. Der Hauptteil der Strombahn von jeder Anode nach der Kathode ist von einem Isolierrohr 8, beispielsweise aus Porzellan, Glas oder Quarz, umgeben, das aus dem Hauptgefäss hinausragt und am obern Ende durch eine Metallkappe 9 abgeschlossen ist, die gegen das Rohr 8 und gegen den Anoden isolator abdichtet.
Das Rohr 8 enthält ein inneres Rohr 11 aus Leitungsmaterial hohen spezifischen Wi derstandes, zum. Beispiel Siliziumkarbid, wo bei das Ende des innern Rohres sich in klei nem Abstande von der Anode 7 befindet.
Das genannte Ende wird unter einer geeig neten Spannung gehalten, indem es entweder unmittelbar mit der Anode oder, wie gezeigt, mit einem Punkt, deren Stromquelle 12 (zum Beispiel der Sekundärwicklung eines Trans formators) verbunden ist, derart, dass das Rohrende wenigstens während des Sperrzeit raumes ein negatives Potential in bezug auf die Anode erhält. Das untere Ende des Wi derstandes kann eine Zuleitung 13 besitzen, um zum Beispiel eine nach einem bestimmten Gesetz wechselnde Steuerspannung aufzu drücken.
In gewissen Fällen kann jedoch das Aufdrücken einer derartigen Steuerpannung auf das Widerstandsrohr einen allzu grossen Energieverbrauch bedeuten und daher nicht wünschenswert sein. Man kann dann anstatt dessen die Steuerspannung auf ein besonde res, unterhalb des Rohres angebrachtes Gitter 14 mittelst eines Leiters 15 aufdrücken, wäh rend,das untere Ende des Widerstandsleiters 11 zum Beispiel mit einem Punkt von etwa Kathodenpotentiäl verbunden wird. Der Wi derstandsleiter soll jedenfalls imstande sein, die ganze Spannung zwischen Anode und Kathode ohne Überhitzung auszuhalten.
Da die Spannungsverhältnisse nahe der Anode nicht nur vom Widerstand des Roh res 11, sondern auch von der Temperatur, teils unmittelbar, teils mittelbar durch ihren Einfloss auf den Widerstand, beeinflusst wer den, ist es oft empfehlenswert, das äussere Isolierrohr durch eine Wärmeisolierung oder eine Heizvorrichtung zu umgeben, .die seine Temperatur auf einem bestimmten Wert hält. Eine derartige Vorrichtung ist bei 16 sche matisch dargestellt.
Der Durchmesser des Widerstandsrohres, beziehungsweise der mittlere Durchmesser, falls das Rohr von unregelmässiger Form ist (siehe weiter unten), soll vorzugsweise einen Wert nicht überschreiten, der eine genügende Einwirkung des Rohres auf die Feldvertei lung im leitenden Dampf ermöglicht. Diese Einwirkung beruht auf der Höhe der (aus positiven Ionen bestehenden) R.aumlädungs- schicht, welche den Widerstandskörper be deckt, wenn er in bezug auf die Kathode negativ ist, denn ausserhalb dieser Schicht hat der vorher ionisierte Dampf stets prak tisch das Potential der Kathode.
Die Höhe der Raumladungsschicht beruht ihrerseits auf dem Potential der in Frage kommenden Stelle des Widerstandskörpers und ist selbst für hohe Spannungen, bei dem Druck und der Temperatur, die gewöhnlich in den fraglichen Apparaten vorkommen, nur von der Grössen ordnung einiger Zentimeter. Bei aus regel mässigen Rohren bestehenden Widerstands körpern, die die kleinsten Verluste in der Strombahn ergeben, soll der Durchmesser des Rohres deshalb in einer gewissen Entfernung von der Anode kleiner als die zweifache ent sprechende Höhe der Raumladungsschicht sein.
In Fig. 1 ist die R.aumladungsschicht durch eine schwache wagrechte Schraffierung und ihre der Rohrwandung gegenüberliegende Grenze durch gestrichelte Linien angedeutet. Die Grenzfläche wird im wesentlichen eine Kegelfläche sein, da die Höhe der Schicht im wesentlichen proportional der- Spannung Lind letztere ihrerseits im wesentlichen pro portional der Entfernung vom der Kathode zugewandten Rohrende ist (gleichmässige Stromdichte und gleichmässiger spezifischer Widerstand vorausgesetzt). Die Spitze dieses Kegels muss in einer beträchtlichen Ent fernung von der Anode liegen, um eine hin reichende Sicherheit gegen Rückzündung zu ergeben.
Diese Sicherheit kann als im wesent lichen proportional der Höhe der die Anode von einem Punkt mit Kathodenpotential trennenden Raumladungsschicht angesehen werden. Falls die Spitze des Kegels in der selben oder in kleinerer Entfernung von der Anode als die Höhe der Raum ladungsschicht, welche die Anode selbst schaffen würde, liegen würde, wäre die Sicherheit nicht wesentlich grösser als die ohne das Rohr erhaltene. Die Entfernung der Kegelspitze von der Anode soll deshalb be deutend grösser sein als die Höhe der Raum ladungsschicht, welche die Anode selbst er gäbe, was in der Praxis bedeutet, dass der Halb messer des Rohres wesentlich kleiner als jene Schichthöhe sein soll.
Man kann die Sache auch so ausdrücken, dass! der Halbmesser des Rohres höchstens gleich der Schichthöhe sein darf, welche eine Spannung ergibt bei welcher eine ungeschützte Anode die Neigung zum Rückzünden zeigt. Die Länge des Roh res wird dann von der wirklichen Spannung zwischen Anode und Kathode bestimmt und wird um so viel grösser als die Länge des Kegels, als die wirkliche Spannung höher als die für eine ungeschützte Anode zulässige ist.
Man kann für gewöhnliche Verhältnisse etwa 50 Millimeter als eine zulässige obere Grenze für den Rohrdurchmesser ansehen, und zwar für den Hauptteil des Rohres; denn kürzere Stellen mit grösserem Durch messer haben keinen beträchtlichen Einfluss auf die elektrische Feldverteilung.
Eine Folge des Höchstmasses für das Rohr ist auch, dass der Strom pro Anode oder we nigstens pro Anodenrohr begrenzt wird, in Praxis auf etwa 75 Ampere bei Apparaten mit Quecksilberdampf niedrigen Druckes als Leiter. Für grössere Apparate wäre es dann nötig, den Strom auf mehrere Anoden oder wenigstens mehrere Anodenrohre zu verteilen.
In Fig. 2. ist die Anode 22 innerhalb des Hauptgefässes 2:1 angebracht und von einem Isolierrohr 28 umgeben, das in einem Stück mit dem Durchführungsisolator des Anodenschaftes ausgeführt ist. Das Rohr 28 enthält einen Widerstandskörper 28, der in Seitenansicht in Fig. 2 und im Querschnitt in Fig. 3 dargestellt ist.
An beiden Enden trägt der Körper Metallplatten 26, 27 zur Verbindung mit den Zuführungsleitern 24,25 und zur Verteilung des Stromes über seinen Querschnitt. Der Körper kann zum Beispiel gleich wie die freien Rohre der übrigen Fi guren, aus einem Stoff von verhältnismässig hohem spezifischen Widerstand bestehen, zum Beispiel aus Siliziumkarbid (Karbo- rundum, Silit), das einen spezifischen Wi derstand von etwa 1 Ohmzentimeter besitzt.
Fig. 4 zeigt im Querschnitt eine Ab änderung des Widerstandskörpers, indem er aus fünf parallelgeschalteten Stäben 29 an statt eines sternförmigen Stabes, wie in Fig. 2 und 3 besteht. Das praktische Ergebnis bleibt unverändert.
In Fig. 5 ist die Anode 52 von einem Isolierrohr 58 umgeben, das wieder aus dem Gefäss' 51 herausgeht. Der Widerstandskörper besteht hier aus einem innern Überzug 53 des Rohres 58. Da ein solcher Überzug ganz dünn sein kann, ist es möglich, ihn aus einem Stoff von verhältnismässig niedrigem spezifischen Widerstand, wie Graphit,-her- zustellen.
In Fig. 6 besteht der untere Teil des äussern Rohres aus einem aus dem Haupt gefäss 61 herausragenden Metallrohr 63 und nur der obere, die Anode umgebende Teil aus einem Isolierrohr 64. Der rohrförmige Widerstandskörper 65 erstreckt sich durch die beiden Aussenrohre.
In Fig. 7 ist das Aussenrohr 74 im Hauptgefäss 71 eingeschlossen und besteht ganz aus Isolierstoff. Die Anode 72 ist schalenförmig und der Widerstandskörper 75 bildet ihre direkte Fortsetzung. Das untere Ende des Widerstandsrohres wird in diesem Falle lediglich durch die Berührung mit dem ionisierten Gas auf dem geeigneten Potential gehalten, und da der Strom allmählich zum Gas herausfliesst, nimmt die Dicke des Roh res gegen das untere Ende ab, um eine gleich förmige Stromdichte und daher einen gleich förmigen Spannungsabfall zu geben.
Das Isolierrohr trägt an der Innenseite, unter halb und nahe der Anode, einen ringförmigen Wulst 76, um den Zutritt des Lichtbogens zur Aussenfläche der Anode zu verhindern. Die Widerstandskörper können übrigens ganz allgemein mehrere längs- oder quer laufende Wulste besitzen, um die wirksame Kontaktfläche gegenüber dem Gas zu ver grössern.