Entladungsgefäss. Es sind Entladungsgefässe, insbesondere CTleichrichtergefässe, bekannt mit kalter Tathode und Edelgas- oder Meta.l\lda,mpf- füllung, bei denen :die Gleichrichterwirkung dadurch zustande kommt, dass die Elek troden in einem magnetischen Feld angeord net sind.
Die Kathode eines solchen Gefässes wird vorzugsweise @a.us mehreren unter sich paral lelen Scheiben, die senkrecht zu ,den ma.gne- tischen Kraftlinien angeordnet sind, gebil det. Die Anode wird zylindrisch ausgebildet mit ihrer Achse in Richtung :des Magnet feldes.
Die Entladung findet statt in dem Raume, der vom magnetischen Feld durch- drungen ist und durch die Ebenen der Kat.hodenfläehen und die durch die Anode gehende Zylin:dermante-lfläche begrenzt ist. Dieser Raum wird im folgenden als Entla- dungs:ra.um bezeichnet. Der Entladungsraum kann hierbei aus mehreren parallel, angeord neten Teilräumen bestehen.
Innerhalb des Entladungsraumes verlau- feir die elektrostatischen Feldlinien des elek- t.rischen Feldes zwischen Anode und Kathode derart, dass sie die Kathodenfläche in Rich- hing der magnetischen Feldlinien verlassen rindsenkrecht zu denselben auf die Anoden fläche auftreffen.
Bekanntermassen ist diese Bedingung notwendig für das Zu3ta:ndekom- men des Gleichrichtereffektes.
Solehe Gleichrichter weisen je nach .dem verwendeten Kathodenmaterial und dem Gas- oder Dampfdruck eine, Brenns' @ . gung von ein bis mehreren hundert Volt auf-und eignen sich daher vorzugsweise zur Gleich- richtung von kleinen Strömen. Um eine mög lichst geringe Brennspannung zu erzielen, darf der Dampf- oder Edelgasdruck nicht zu gering .gewäh'l't werden.
Am besten eignen sich hierfür Drücke zwischen :ca. 10-z und 10-1 mm Quecksilbersäule. Nach dem Gesetz von Paschen ist die Zündspannung einer Glimmentladung nur vom Produkt aus Gas druck und E'lektrodenabstand abhängig, -wo bei man unter Elektrodenabs.tand die Länge einer elektrostatischen Feldlinie zwischen Anode und Kathode zu verstehen hat. Die Zündspannung erreicht bei einem bestimm ten Wert dieses Produktes, dem sogenannten kritischen Wert, ein Minimum. Sie steigt an, wenn dieses Produkt grösser oder kleiner wird als der kritische Wert.
Wenn ohne Anwesenheit eines Magnet feldes Spannung an die Elektroden ange legt wird, so erftilgt eine Zündung zuerst entlang des längsten möglichen Pfades, um erst bei weiterer Steigung der Spannung auch in kürzeren Feldlinien einzusetzen.
Bei Steigern der Spannung über einen bestimm ten Wert tritt in der Sperrichtung des Gleichrichters. eine Entladung ausserhalb des Entladungsraumes ein, vorzugsweise auf dem längsten Pfad zwischen Anode und Kathode im Innern des Gefässes.. Diese Nebenentladung setzt :der maximalen gleich zurichtenden Spannung eine Grenze.
Erfindungsgemäss wird nun diesem Nach teil dadurch abgeholfen, dass die eine Elek trode die andere vollständig umgibt, derart, dass ausserhalb .des Entladungsraumes alle elektrostatischen Peldlinieneinen kürzeren Verlauf aufweisen als innerhalb desselben.
In den Fig. 1 bis 5 sind einige Ausfüh rungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Fig. -1 zeigt ein Gefäss, bei dem ,die Anode von der Kathode allseitig um schlossen ist. 1 ist das Glasgefäss, in dessen Innerem sich das E'lektrodensystem befindet. Die Kathode wird durch vier Scheiben 2 sowie den unteren scheibenförmigen Ab schluss 3 gebildet und sie ist mit einem Abschirmzylinder 12 sowie einem ob-eren, zur Abschirmung dienenden Abschluss 4 und einem Metallrohr 5 verbunden.
Die Anode besteht aus vier Ringen 10, die dureh einen Halter 1<B>1</B> leitend verbunden sind und an einer Scheibe 9 gehalten werden. Der Ent- lädungsraum besteht hierbei aus vier zylin- derförmigen Teilräumen, welche am Um fang durch die Zylindermantelfläche be grenzt sind, die durch die Anodenringe 10 hindurchgeht. Der unterste Teilraum ist un ten durch den Abschluss 3 und der oberste Teilraum ist oben durch die oberste Katho denscheibe 4 begrenzt.
Ferner sind die Teil räume durch die drei unteren Kathoden scheiben 2 voneinander getrennt, stehen jedoch durch die in der Mitte dieser Schei ben gebildeten Öffnungen miteinander in Verbindung. Innerhalb jedes Teilraumes ver laufen die elektrostatischen Feldlinien von den Anodenringen zu den benachbarten Kathodenscheiben, derart, dass sie senkrecht auf der Ring- und @S@eheibenfläche stehen.
Ausserhalb des Entladungsraumes verlaufen die Feldlinien von den Anodenringen 2 di rekt zu der Abschirmung 12 sowie von der Anodenscheibe 9 zur obersten Kathoden scheibe 2 und zum Abschluss, 4. Wie daraus hervorgeht und aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind somit die Abstände längs der Feldlinien zwischen den Elektroden ausserhalb des Ent ladungsraumes kleiner als innerhalb des Ent ladungsraumes. Die mit der Anode verbun- dene Scheibe 9 ist mit der Anodenzuführung 1'8 verbunden, die vakuumdicht durch den ; Glaskolben 1 hindurchgeführt ist, mit Hilfe des Glasrohres 16, das an seinem untern Ende ein Schutzröhrchen 17 trägt.
Das Me tallrohr 5 ist mit der Kathode verbunden und schirmt die Anodenzuleitung allseitig ; ab, soweit sie im Innern des Gefässes ver läuft. Die Kathode wird gehalten durch die Bänder 6 an den Ringen 7, die das Glasrohr 8 umschliessen. Das die Kathode tragende Glasrohr 8 umgibt konzentrisch das die Anode tragende Rohr 16. Damit wird eine Vergrösserung des isolierenden Glasweges zwischen Anodeneinführungspunkt und Kathodenhalteringen 7 erreicht. Für geringe Spannungen genügt es auch, beide Elek troden am gleichen Rohr zu befestigen.
Um Sfpirtihen auf der Atmosphärenseite der An- odeneinführung zu verhindern, kann das Innere des, Rohres 16, also auf Atmosphären seite, mit einem leitenden Belag versehen werden, der sich auf Anodenpotential befindet.
Die Kathodeneinführung 14 befindet sieh am unteren Ende des Kolbens. 15 ist der Einführungsisolator und 13 die leitende Ver bindung der Einführung 14 mit dem Katho denmantel.
Die Elektromagnetspule 19 erzeugt. ein annähernd homogenes Feld in Achsrichtung des. Kolbens. Die Spule 19 kann mit Gleich- oder Wechselstrom erregt werden. Das Feld kann auch durch einen entsprechenden Dauermagneten erzeugt werden.
Fig. 2 veranschaulicht eine Ausführung. bei der die Kathode von der Anode allseitig umschlossen ist. 1 ist wiederum der Glas kolben, an dessen beiden Enden sich die Ein führungen befinden, 18 für die Anode und 14 für die Kathode. Die Anode besteht aus dem Zylindermantel 12 mit den stirnseitigen Abschlüssen 3 und 4. Das Rohr 5, das auf Anodenpotential ist:, umschliesst die Katho deneinführung 14 so eng wie möglich, soweit sie im Innern des Kolbens 1 verläuft.
Die Kathode besteht. aus den beiden vollen Schei ben 9, die den Entladungsraum stirnseitig begrenzen, und den drei dazwischenliegenden Scheiben 2, die in der Mitte gelocht .sind. Alle fünf Kathodenscheiben sind durch den Halter 11 leitend verbunden und zusammen gehalten. Die obere Scheibe 9 ist an der Ein führung 14 befestigt. Dieselbe ist mit dem Glasrohr 16 vakuumdicht verschmolzen. Das Röhrchen 16 trägt ebenfalls, die Anode mit Hilfe der Ringe 7 und den Haltern 6; 13 ist die leitende Verbindung der Anode mit ihrer Einführung 18.
Der Entladungsraum wird hier durch den Anodenzylinder 12 und die Ebenen der Kathodenscheiben 9 begrenzt, und er ist durch die Kathodenscheiben 2 in vier Teilräume unterteilt, wobei die elekt.ro- statischen Feldlinien wiederum in jedem Teilraum von der Anode zur Kathode so ver laufen, da.ss sie senkrecht auf den Anoden- und Kathodenflächen auftreffen. Ausserhalb des Entladungsraumes verlaufen die Feld linien von den Kathodenscheiben 9 direkt nach den Abschlüssen 3 und 4, so dass auch hier, wie ersichtlich, die Abstände längs der Feldlinien ausserhalb des Entladungsraumes kleiner als innerhalb desselben sind.
Das axiale Feld wird erzeugt durch die Spule 19. Auch hier kann diese durch einen entsprechenden Dauermagneten ersetzt werden.
Endlich kann das Gehäuse, soweit es den Entladeraum umschliesst, aus Metall ausge führt sein und gleichzeitig als, umschlie- Pende Elektrode verwendet werden.
Fig. 3 stellt eine Ausführungsform dar, bei der das Gehäuse als Kathode dient, a im 31eridianschnitt, b im Schnitt senkrecht zur Achse, durch den Entladungsraum. Das 11Te- tallgehäuse besteht: aus dem Zylindermantel 1 mit den stirnseitigen Abschlüssen 2 und 3 Und dem Rohr 4, an dem der Einführungs isolator 5 für die Anode vakuumdicht ange- schmolzen ist.
Dieser Einführungsisolator kann aus Glas oder keramischem Material l:estehen. Das Schutzrohr 7 befindet ,sich auf Kathodenpotential und umschliesst die An odenzuführung 12 im Innern des Kolbens. Als aktive Kathodenflächen wirken die. Scheiben 9, von denen die oberste voll, die beiden andern in der Mitte gelocht sind, und die stirnseitige Gehäus@eabschlussscheibe 2. Die Anode besteht aus, den drei Ringen 8, die durch den Halter 10, unter sich und mit der Scheibe 11 verbunden sind, die ihrer seits an der Anodenzuführung 12 befestigt ist.
Die Länge des Isolators 5 wird der Spannung angepasst.
Fig. 4 zeigt eine Ausführung mit Me tallgehäuse, das gleichzeitig als Anode dient, a, im Meridianschnitt, b in der Aufsicht. Das Gehäuse besteht aus Mantel 1, Abschluss- scheiben 2 und 3 und Rohr 4, an dem der Isolator 5 vakuumdicht angeschmolzen ist. Die Kathode ist gebildet aus den beiden vol len ,Scheiben 11 und der gelochten Scheibe 9, die durch den Halter 10 verbunden sind. Die obere Scheibe 11 ist mit der Kathodenein führung 12 verbunden. Das Schutzrohr 7 auf Anodenpotential umschliesst dieselbe kon zentrisch auf ihrer ganzen Länge innerhalb des Gefässes.
In beiden Ausführungen F'ig. 3 und 4 kann das Magnetfeld in Richtung der Gefässachsie durch eine Solenoidspule er zeugt werden. Indessen eignen sich diese Ausführungsformen besonders zur Verwen dung eines Dauermagneten, wie in den Figu ren dargestellt ist. Dieselben bestehen je aus dem Körper 15, der aus Dauermagnetstahl hergestellt ist, und den beiden Polschuhen aus weichem Eisen, die über die Stirnflächen des Gefässes greifen.
In Fig. 3. bestehen diese Polschuhe aus einem Ring 13 und einer run den Platte 14, in F'ig. 4 aus den beiden Rin gen 14. Das Feld ist dann ringförmig, zwi schen den Ringflächen der Polschuhe unge fähr homogen und nimmt nach innen ab.
Die Gefässe können auch mit mehr als zwei Elektroden ausgeführt werden, derart, dass dicumhüllendeElektrode gemeinsame Ka thode oder gemeinsame Anode für mehrere getrennte Anoden bzw. Kathoden .ist.
In diesem Fall müssen die getrennten Elektroden jede einzeln ausgeführt werden, wobei die Ausführungen entweder am Zylin dermantel eines Gefässes nach Fig. 3 und 4 oder längs dem Umfang eines Kreises auf der Stirnseite des Gefässes angeordnet sein können.
Bai Glaskolbenaus,führung nach Fig. 1 und 2 kann ein Quetschfuss mit mehreren Anoden- bzw. Kathodendurchführungen zur Anwendung gelangen.
Fig. 5 veranschaulicht ein. Gefäss mit zwei Kathoden und einer gemeinsamen Anode, die gleichzeitig als Gehäuse dient. Das. Ge- häuGe bestellt aus dem Zylindermantel 1 mit den Absehlusswänden 3 und den Rohren 4, an denen nie beiden Kathodeneinführungen 5 vakuumdicht angeschmolzen sind.
Die Scheibe 2 ist mit Jem Zylindermantel 1 ver bunden und teilt das Gefäss in zwei Teile. Jeder Teil enthält eine Kathode, bestehend aus den Scheiben 9 und 11, die je mit einer Zuleitung 12 verbunden sind. Der Entla dungsraum jeder der beiden Kathoden wird durch den Zylindermantel 1 und die Ebe nen der Scheiben 11 begrenzt und ist durch eine Scheibe 9 in zwei Teilräume unterteilt.
Die elektrostatischen Feldlinien verlaufen in jedem Teilraum von dem Zylinder mantel 1 zu den Kathodenscheiben 9, 11 derart, @dass sie senkrecht zum Mantel 1 und -den Scheiben 9, 11 gerichtet sind.
Ausser- @halb des Entladungsraumes verlaufen die Feldlinien von den Abschlüssen 3, und der Scheibe 2s unmittelbar zu den Scheiben 11, so dass, wie ersichtlich, die Abstände längs der Feldlinien ausserhalb des Entladungs raumes kleiner als innerhalb desselben sind.
Das axiale Feld wird erzeugt durch den Dauermagneten 15 mit den ringförmigen Polschuhen 14, In allen Ausführungen F'ig. 1 bis 5 empfiehlt es sich, mindestens diejenigen Me tallteile, deren Flächen in Richtung des Magnetfeldes verlaufen, aus unmagnetischem Material herzustellen, um nicht den magne tischen Fluss vom Entladungsraum abzulen ken.
Ebenso kann in allen Ausführungs formen die Zahl der Kammern, in die der Entladungsraum unterteilt ist, durch die Kathodenscheiben beliebig gewählt werden, je nach der gleichzurichtenden Stromstärke. Der Erfindungsgegenstand eignet sich besonders gut zur Gleichrichtung hoher und höchster Spannungen.
Durch die Umhüllung der einen Elektrode durch die andere wer den alle schädlichen Nebenentladungen bis zu sehr hohen Sperrspannungen verhindert. Die Grenze der Sperrspannung ist gegeben durch den Beginn der Entladung in der Sperrichtung im Innern des Entladungsrau mes, der durch das Magnetfeld wesentlich erhöht wird, gegenüber der Zündspan nung bei gleichem Elektrodenabstand ohne Magnetfeld.
Ausserdem weist die umhül lende Elektrode grosse Oberflächen auf, was , 'hr günstig ist für die Abstrahlung der ent- se el ,stehenden Verlustwärme. Da der Strom transport durch eine Glimmentladung er folgt, sind die Elektroden der Kathodenzer- etäubung unterworfen. Die erfindungs gemässe Ausführung verhindert aber gleich zeitig, @dass sich die Zerstäubungsprodukte auf den Isolatoren der Zuführungen an setzen, da ,diese abgeschirmt sind vom Ent ladungsraum.
Somit wird die Lebensdauer des Gefässes beträchtlich erhöht.
Endlich gestattet .die erfindungsgemässe Ausführung, besonders mit Metallgehäusen, eine weitgehende Anpassung der Form des Entladüngsraum@es an die 'günstigste Form für Dauermagneten zur Erzeugung des Magnetfeldes-. Die Dimensionierung der Elek troden braucht innerhalb weiter Grenzen nur mit Rücksicht auf den Strom zu erfol gen, während für verschiedene Spannungen nur die Länge ner Einführungsisolatoren verändert zu werden braucht,
was die Nor- malieierung der Bestandteile .des Gefässes wesentlich erleichtert. Für ein und dieselbe Stromstärke kann bei verschiedenen Span nungen das gleiche Gefäss mit den gleichen Elektroden verwendet werden, nur .der Ein führungsisolator muss verändert werden.