Einrichtung an den Anoden von Ventilzellen zur Verhütung von Rückzündungen. Um den Stromverlauf in Ventilzellen in nur einer Richtung sicherzustellen, sind schon v erschiedene Vorschläge gemacht worden. So zum Beispiel ist vorgeschlagen worden, den Stromdurchgang- durch die Ventilzelle in um gekehrter Richtung durch Bla.smagneta un möglich zu machen, welche bei Umkehrung des Stromes erregt werden. Alle diese Einrichtungen sind jedoch umständlich und teuer, und sie geben dabei durchaus nicht die gewünschte Sicherheit, da der Lichtbogen einer Ventilzelle bestrebt ist, dem magneti schen Feld auszuweichen, ohne zu erlöschen.
Ausserdem muss aber zur Erzeugung eines ge nügend starken Feldes eine hohe Erreger energie aufgewendet werden, wodurch die Wirtschaftlichkeit der Anlage herabgesetzt wird.
Die Verhütung von Rückzündungen soll erfindungsgemäss auf einem ganz neuen Wege erreicht werden, und es soll zunächst anhand der Fig. 1 bis 3 der Gedankengang erläutert werden, welcher zum Gegenstand der Erfin dung führt.
In Fig. 1 seien a1 und a. die Elektroden einer Ventilzelle 7, welche von einer Bat- terie ss über einen Widerstand IR gespeist wird. Die Spannung an der Ventilzelle sei E, die Spannung an der Batterie E,, der Ventil zellenstrom J. Bei dieser Anordnung ist, durch die Spannungsrichtung bestimmt, al eindeutig Anode, a2 dagegen Kathode, und es sollen die Bedingungen untersucht werden, welche für ein Anwachsen des Stromes mass gebend sind.
Am einfachsten bedient man sich hierzu der bekannten Kaufmannschen Spannungscharakteristik einer Zelle, welche zur Stromleitung in Gasen dient. Diese Ab- hängigkeit der Zellenspannung vom Zellen strom ist in Fig. 2 veranschaulicht. (Siehe Müller-houillet: Lehrbuch der Physik, Band IV; Kaufmann: Stromleitung' in Gasen.) Man kann die verschiedenen Zustände der Ventilzelle aus dem charakteristischen Ver lauf der Spannungskurve ersehen.
Bei klei nem Strom durehläuft die Spannungskurve den Bereich der unselbständigen Entladung (0J,), in welcher lediglich fremdaktivierte Jonen Träger des Stromes sind. Man erkennt den steilen Spannungsanstieg bei annähernd konstantem Strom J, Von diesem Bereich tritt die Spannungskurve nach Erreichung eines Maximalwertes, der Funkenspannung, bei J, in den Bereich des Glimmstromes (J,-J,) über, in welchem die Jonen eine derartige Geschwindigkeit besitzen,
dass sie die von ihnen getroffenen neutralen Gas moleküle zertrümmern und dadurch freie Jonen erzeugen. In diesem Bereich nimmt die Spannung mit zunehmendem Strom rasch ab, ohne dass es zunächst zur Bildung eines Liehtbogens kommt. Dieser setzt erst bei weiterer Steigerung der Stromstärke ein. Die Geschwindigkeit der Jonen ist dann derart gross, dass sie beim Aufprall auf die Ka thode die äussern Moleküle dieses festen oder flüssigen Körpers zertrümmern, so da.ss in grosser Zahl Jonen freigemacht werden, wel che als Träger des elektrichen Stromes er scheinen.
Hierbei findet zunächst (bei J ein Spannungssturz bis auf einen relativ kleinen Wert und von da an ein weiteres langsames Sinken der Spannung bei zuneh mendem Strom statt. In dem Bereich JJ ist die eigentliche Lichtbogenbildung wahr nebmbar, und in diesem Bereich arbeitet eine Ventilzelle demnach auch im Falle einer so-genannten Rückzündung.
Will man nun aber die Fra;e beantworten, auf welchen Ar beitspunkt der vorbeschriebenen Charakte ristik sich eine Ventilzelle bei gegebener An ordnung der Fig. 1 wirklich einstellt, dann wird man erkennen, dass es sich auch hier, wie in ähnlichen Fällen, um den Schnittpunkt der Charakteristik mit der so- genannten Widerstandsgeraden handelt, denn es müssen die Gleichungen bestehen <I>1. E, -</I> JR <I>- E,</I> ?. E - f (J) (der Charakteristik ent sprechend).
Die jeweiligen Schnittpunkte der Wider- standsgeradPn mit der Charakteristik sind aber leicht zu finden, wenn man in Fig. 2 die konstante Spannung E, als Parallele zu J einträgt und von ihr die zugehörigen Werte JR für jedes<I>J</I> subtrahiert.
Diese Differenz gibt jedesmal die linke Seite der Gleichung 1. E,-JR, und sie müsste, um einem möglichen Zustand zu entsprechen, gleich sein dem zugehörigen Wert E der Spannungscharakteristik. Wie man aus der Figur erkennt, gibt es aber in dem gezeich- netellFalle drei Punkte, für welche beide Gleichungen gleichzeitig erfüllt sind. Es sind die Punkte a, <I>b</I> und c, welche ganz ver schiedenen Bereichen angehören.
Von diesen drei Schnittpunkten entspricht b einem la bilen Zustande des Spannungsgleichgewichtes, da bei zunehmendem Strom die verfügbare Spannung grösser ist als der Spannungsbedarf und somit eine Steigerung des Stromes bis zur Erreichung des Punktes c eintritt. Die Punkte a und c entsprechen aber stabilen Zuständen, und sie allein sind im vor liegenden Falle Arbeitspunkte der Ventil zelle. Auf welchem dieser beiden Punkte die Ventilzelle arbeitet, hängt ganz davon ab, von welchem Anfangswert ausgehend bei eingeschalteter Ventilzelle der Widerstand auf den Wert R gebracht wird.
Geht man von hohem Widerstand aus, dann ist n der Arbeitspunkt; geht man von kleinem Wider stand aus, dann ist c der Arbeitspunkt. Einem höheren Widerstand R' entspricht eine andere Neigung der Widerstandsgeraden, und es lässt sich durch Wahl der Wider- standsgrösse erreichen, dass die Widerstands gerade für R' die Charakteristik nur einmal, und zwar im Bereich der unselbständigen Entladung schneidet (zum Beispiel im Punkt.
d). Sieht man einen solchen Widerstand vor, dann ist das Arbeiten der Ventilzelle bei der vorausgesetzten Spannungsrichtung in dem Lichtbogenbereich unmöglich.
Diese Überlegungen führen nun zu einer Ausbildung der Anoden der Ventilzelle, wel che das Auftreten von Riielzzülldungsströmen mit Sicherheit verhindern. Für den R,ück- zündungsstrom muss sich ja die Anode in eine Kathode umwandeln, und wenn es gelingt, für diesen Fall einen genügend grossen Wi derstand R' vorzusehen, dann kommt ein Lichtbogen, also ein Anwachsen des Stro mes auf unzulässige Hölle, bei Umkehrun der Stromrichtung gar nicht zustande.
Dies lässt sich erfindungsgemäss in ein facher Weise folgendermassen erreichen: plan trennt in an sich bekannter Weise die Anode von der Kathode durch ein Gitter, sei ea, dass man dieses zwischen den Elek troden als Trennungswand des- Kathoden- und Anodenraumes vorsieht, sei es, dass man die Anode mit einem Drahtkorb oder einer gleichwertigen Umhüllung versieht, deren Abstand von der Anode nicht allzuklein ge wählt werden soll.
Dieses Gitter verbindet man mit der Anode durch einen Widerstand von einer solchen Grösse, dass er in der Ventil zelle nur einen geringen Strom zulässt, falls bei Stromumkehr aus der Anode eine Kathode wird. Für diesen Fall ist, wie bereits er läutert, der Schnitt der Widerstandsgeraden mit der Spannungscharakteristik massgebend für die sich einstellende Stromstärke. Ist da gegen die mit Gitter verbundene Elektrode eine Anode, dann wird der Stromverlauf durch das Vorhandensein eines Widerstandes praktisch nicht beeinflusst, weil es vor allem die Vorgänge an der Kathode sind, welche den Zustand. der Zelle bestimmen.
Den Wi derstand wird man vorteilhaft in der Ventil zelle selbst unterbringen, um eine Heraus- ,führung der Gitterelektrode zu vermeiden.
Durch Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes erläutert. Es bedeutet: Z die Ventilzelle, a die Anode, k die Kathode, g eine gitterartige Umhüllung der Anode a, R, ein Widerstand, welcher zwischen g und a geschaltet ist.
Fliesst Strom in der Richtung a-k, dann ist die Stromstärke durch .das Gitter g und den Widerstand B nicht wesentlieh be einflusst, . da das Spannungsgefälle an der Kathode k durch das Vorhandensein von g und R nahezu gar keine Änderung er fährt.
Fliesst jedoch Strom in der Richtung lc-a, dann ist das Spannungsgefälle an a wesent- lieh durch das -Gitter g und den Widerstand R beeinflusst, da es nicht grösser sein kann, als die dem Produkt J .<B>11</B> entsprechende Spannung. Die Geschwindigkeit der auf die Oberfläche von a auftreffenden Jonen ist also wesentlich herabgesetzt, und aus diesem Grunde kommt auch nur ein sehr geringer Strom zustande.
Nun kann aber der Fall eintreten, dass das Spannungsgefälle zwischen g und a bei sehr hoher Spannung E,. immer noch höher ist als die Funkenspa.nnung (siehe Fig. 2, & " der Charakteristik). Dies hätte Über schläge zwischen g und a zur Folge. In die sem Falle .liesse sich die Einrichtung dahin ergänzen, dass zwischen g und a noch ein weiteres Gitter j eingeschoben wird, welches über einen Widerstand R!' ebenfalls mit a leitend verbunden ist.
So liesse sich das Span nungsgefälle in der Nähe von a auf einen genügend kleinen Wert bringen.