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Vorrichtung zum Löschen der Entladung in einer Quecksilberkathodenstromrichterröhre
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Löschen der Entladung in einer Quecksilberkathodenstromrichterröhre
mittels einer in der Nähe der Kathode angeordneten Hilfselektrode, der im gewollten
Augenblick ein kurzzeitiger, die zwischen der Hauptanode und der Kathode übergehende
Entladung unterbrechender Spannungsstoß aufgedrückt wird.
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Vorrichtungen dieser Art sind bekannt, bei denen vorzugsweise die
aus Metall bestehende Gefäßwandung eines Quecksilberkathodenstromrichters als Löschelektrode
verwendet wird. Auch ist es bekannt, Entladungen durch Aufdrücken eines positiven
Spannungsstoßes auf eine Hilfselektrode zu löschen. Diese bekannten Maßnahmen haben
aber den Nachteil, unsicher zu wirken, weswegen. sie praktilsoh keine Bedeutung
erlangt haben, da es schwierig ist, sie für den praktischen Gebrauch hinreichend
zuverlässig zu gestalten. Um die Entladung in einer Quecksilberkathodenstromrichterröhre
mittels einer solchen in der Nähe der Kathode angeordneten Hilfselektrode und eines
solchen kurzzeitigen Spannungsstoßes zu löschen, und dies in einer zuverlässigen
Weise, weist erfindungsgemäß der bei dieser Löschvorrichtung die Entladung unterbrechende
Spannungsstoß an der Hilfselektrode in bezug auf die Kathode ein positives Vorzeichen
auf, und es sind Mittel vorgesehen, durch welche Änderungen des gegenseitigen Abstandes
von Kathodenfleck und Hilfselektrode innerhalb derartiger Grenzen gehalten werden,
daß sie mit Regelmäßigkeit des Löschvorganges nicht nennenswert zu beeinträch: tigen
vermögen. Dadurch, daß die Löschelektrode wie auch bei einer bekannten Anordnung
in der unmittelbaren Nähe des Kathodenflecks angeordnet ist, ist ihr Einfluß auf
den kathodenseitigen Teil der Entladung gegenüber demjenigen der viel weiter entfernten
Anode auf das erreichbare Höchstmaß gesteigert, mit der Folge, daß die Löschung
stets mit großer Sicherheit und unter gleichbleibenden Bedingungen erfolgen kann.
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Das verfolgte Ziel kann hierbei dadurch erreicht werden, daß ein im
Kathodenquecksilber angeordneter und den Kathodenfleck festhaltender Verankerungs=
körper vorgesehen ist, oder es wird dadurch erreicht, daß der Kathodenfleck für
jeden Stromimpuls neu gebildet wird, so daß er sich bei der kurzen Dauer eines jeden
Impulses im Laufe des Stromdurchganges nur wenig von seinem Entstehungspunkt entfernen
kann, was gleichbedeutend damit ist, daß Unregelmäßigkeiten in der Wirkung der Löschelektrode
auf den Kathodenfleck, soweit diese durch Änderungen des gegenseitigen Abstandes
hervorgerufen werden könnten, praktisch ausgeschlossen sind; demzufolge kann als
ein Mittel, diese Änderungen des gegenseitigen Abstandes von Kathodenfleck und Hilfselektrode
innerhalb Unregelmäßigkeiten des Löschvorganges ausschließender Grenzen zu halten,
eine dauernd im Kathodenquecksilber eingetauchte Innenzündelektrode verwendet sein.
Diese besteht dann aus halbleitendem Werkstoff, .an der der Kathodenfleck zu Anfang
jeder Stromimpulses neu gebildet wird. Die Ausbildung der Lösch- und Zündanordnung
kann hierbei in der Weise vorgenommen werden, daß sie aus einem in der unmittelbaren
Nähe des Kathodenquecksilbers angeordneten, gut leitenden Teil besteht, der die
Löschelektrode darstellt und zugleich die in das Quecksilber eintauchende Zündelektrode
aus halbleitendem Werkstoff trägt. Auf. diese Weise wird der Aufbau der Röhre vereinfacht,
da man dann für beide Vorrichtungen mit einer einzigen Elektrode und Stromzuführung
auskommt.
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Bei einer Vorrichtung mit Innenzündelektrode bildet sich jedesmal
ein Kathodenfleck an der Grenzlinie von Ouecksilber .und Halbleiter aus, der jedoch
die erforderliche Intensität erst erreicht, wenn der Halbleiter von der an dem z.
B. aus Metall oder Graphit bestehenden Oberteil der Hilfselektrode emporkletternden
Entladung überbrückt worden ist. Der gut leitende Oberteil jedoch stellt durch seinen
geringen Widerstand den für den Löschimpuls mit seiner kurzzeitigen sehr hohen Stromstärke
wesentlichen Teil der Anordnung dar, welcher gemäß der Erfindung in der unmittelbaren
Nähe des Kathodenflecks angeordnet sein muß. Es ist deshalb besonders vorteilhaft,
den gut leitenden und als Fassung und Stromzuführung für den halbleitendem.
Teil dienenden Teil der Elektrode seitlich von diesem letzteren bis in die unmittelbare
Nähe
des Kathodenquecksilbers zu verlängern. Auf diese Weise wird der Einfluß auf den
Kathodenfleck des als Löschelektrode dienenden Teiles auf das Höchstmaß gesteigert.
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Man kann sich den Löschvorgang ungefähr derart vorstellen, daß die
Entladung durch den kurzzeitigen positiven Spannungsstoß in einem außerordentlich
kurzen Zeitintervall von der Hauptanode auf die Löschelektrode übergeführt wird
und an der letzteren zum sofortigen Erlöschen gebracht wird, da sonst die Entladung
sofort nach Ablauf des positiven Spannungsstoßes wieder an die Hauptanode zurückkehren
würde.
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Der erste Teil dieses Vorganges kann-deshalb dadurch gefördert werden,
daß man der positiven Spannungswelle in, an sich bekannter Weise eine möglichst
steile Front erteilt. Aus diesem Grunde empfiehlt es sich, den Spannungsstoß auf
an sich bekannte Weise durch Entladung einer in bezug auf die Kathode positiv aufgeladenen
Kondensatorbelegung hervorzurufen.
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Es ist anzunehmen, daß der zweite Teil des Vorganges, nämlich das
sofortige Erlöschen der Entladung an der Hilfselektrode, auf ein unmittelbar nach
dem positiven Spannungsstoß eintretendes Negativwerden zurückzuführen ist. Vielleicht
ist dieses eine Folge von Schwingungen in dem Löschkreis, z. B. durch Resonanz mit
dem verwendeten Kondensator.
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Es ist deshalb erwünscht, für einen sehr geringen Widerstand des Löschkreises
zu sorgen, da sonst bei den kurzzeitig auftretenden, außerordentlich hohen Stromwerten
der größte Teil der Spannung in den Leitungen vernichtet werden würde. Im allgemeinen
genügt es, den Widerstand des Löschkreises unterhalb 0,1 Ohm zu halten.
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Die Erfindung wird an Hand in der Zeichnung wiedergegebener Ausführungsbeispiele
näher erläutert. In Fig. 1 wird eine erfindungsgemäße Löschvorrichtung schematisch
dargestellt, mittels der ein Gleichstromkreis ein- und ausgeschaltet werden kann;
in Fig. 2 ist eine derartige Vorrichtung schematisch abgebildet, mittels der der
Gleichstrommittelwert in einem Gleichrichter durch Verschiebung sowohl des Zünd-
wie des Löschmomentes der Entladung geregelt werden kann.
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Gemäß Fig. 1 sind in dem Entladungsgefäß 1 einer Ouecksilberkathodenstromrichterröhre
eine Quecksilberkathode 2 mit Verankerungskörper 3, eine Hauptanode 4, eine Innenzündelektrode
5 und eine Löschelektrode 6 in einem gemeinsamen Entladungsraum vorgesehen.
Die Löschelektrode 6 ist hierbei derart koaxial über dem sich in der Mitte des Kathodenquecksilbers
befindenden zylindrischen Verankerungskörper3 angeordnet, daß die ganze »Verankerungslinie«
in derselben Weise von dem abwärts gerichteten Rand der als Kreisscheibe ausgebildeten
Löschelektrode beeinflußt werden kann.
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Die Entladungsstrecke zwischen der Quecksilberkathode 2 und der Hauptanode
4 ist mit einem eine Gleichstromquelle 7 und einen als Ohmscher Widerstand 8 dargestellten
Belastungskreis enthaltenden Gleichstromkreis in Reihe geschaltet. An der positiven
Anschlußklemme der Gleichstromquelle 7 ist über einen Begrenzungswiderstand 9 und
einen Schaltkontakt 10 die Innenzündelektrode 5 angeschlossen, mittels
der die Hauptentladung der Röhre auf an sich bekannte Weise eingeleitet werden kann.
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Andererseits ist an der positiven Seite der Gleichstromquelle die
eine Belegung eines Kondensators 11 über einen Umschaltkontakt 12 angeschlossen,
und zwar derart, daß der Kondensator in der Ruhestellung des Kontaktes beständig
an dem Pluspol der Gleichstromquelle liegt. Die andere Belegung des Kondensators
ist mit dem Minuspol der Gleichstromquelle 7 und mit der Quecksilberkathode 2 verbunden.
Die positive Kondensatorbelegung kann durch Niederdrücken des Schaltkontaktes 12
in der Pfeilrichtung mit der in unmittelbarer Nähe des Kathodenquecksilbers über
dem Verankerungskörper 3 angeordneten Löschelektrode 6 verbunden werden. Es entlädt
sich dann der Kondensator 11 über die kurze, zwischen Löschelektrode und Quecksilberkathode
gelegene Entladungsstrecke, so, daß die Hauptentladung von der Hauptanode 4 auf
die Löschelektrode 6 übergeführt wird und bei dem ersten Potentialwechsel des sich
oszillatorisch entladenden Kondensators verlöscht.
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Es empfiehlt sich hierbei, die zwischen den beiden Belegungen des
Kondensators 11 und der soeben erwähnten Entladungsstrecke gelegenen Leitungsteile
mit verstärktem Querschnitt auszuführen, damit die Entladungsschwingungen durch
den geringen Gesamtwiderstand des Kreises möglichst kräftig ausfallen. Auch kann
man eine getrennte Spannungsquelle zuschalten, um die Spannung am Kondensator 11
und damit den löschbaren Höchststrom zu erhöhen.
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Bei den diesbezüglichen Messungen stellte sich heraus, daß der mittels
der oben beschriebenen Vorrichtung löschbare Höchststrom von der dem Kondensator
11 aufgedrückten Gleichspannung annähernd linear abhängig war, d. h. von der Wurzel
der aufgespeicherten Energie 1/2 # C - h2.
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Es konnte z. B. bei einer Spannung der Gleichstromquelle 7 von 130
Volt und einer Kapazität von 10 Mikrofarad ein Strom von 5 Amp. mit einer Kondensatorspannung
von 230 Volt und ein Strom von 10 Amp. mit einer Kondeusatorspannung von 460 Volt
gelöscht werden.
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Die Schaltung von Fig.2 zeigt eine mit ihrer Hauptanode 4 über einen
Belastungskreis 8 an eine Weehselstromquelle 13 angeschlossene Stromrichterröhre.
Im Kathodenquecksilber 2 ist eine Innenzündelektrode 14 beständig eingetaucht, deren
bis in die Nähe des Kathodenquecksilbers heruntergezogene und aus Metall bestehende
Fassung 15 gleichzeitig als Löschelektrode dient. An das Wechselstromnetz 13 ist
ferner die Primärwicklung 16 eines Transformators angeschlossen, dessen Sekundärwicklungen
17 und 18 über Ventile 19 und 20 die Kondensatoren 21 und 22 aufladen, welche mittels
der durch einen synchron mit dem Wechselstromnetz 13 rotierenden Elektromotor 25
angetriebenen Kontaktgeber 23 und 24 in dem erwünschten Augenblick über die kombinierte
Zünd- und Löschelektrode entladen werden. Die Sekundärwicklungen 17 und 18 sowie
die Ventile 19 und 20 sind derart gepolt, daß die Aufladung der mit den Kontaktgebern
23 und 24 verbundenen Kondensatorbelegungen ein positives Vorzeichen hat und während
der Sperrphase der Gleichrichterröhre stattfindet, so daß es möglich ist, den einen
Impuls am Anfang der durchlässigen Phase, den anderen an ihrem Ende an dem erwünschten
Zeitpunkt stattfinden zu lassen. Es ist hiermit die Möglichkeit gegeben, den Mittelwert
des gleichgerichteten Stromes zu regeln und dabei die Phasenlage der Stromimpulse
in bezug auf die Spannung innerhalb gewisser Grenzen nach Belieben zu wählen.
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Die Kontaktgeber 23 und 24 sind in einer innerhalb der stromführenden
Phase gelegenen Stellung dargestellt, in der die Entladung bereits über den Kentaktgeber
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eingeleitet wurde, während sich der Kontaktgeber 23 der Stellung nähert, in der
der Entladungsstrom durch Entladung des Kondensators 21 unterbrochen wird.
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Nach dem jedesmaligen Zünden an dem Halbleiter 14 kann sich der Kathodenfleck
in der kurzen verfügbaren Zeit nicht in nennenswertem Maße von seinem Entstehungspunkt
an dem Elektrodenteil 14 entfernen, so daß die Löschung mittels des Elektrodenteiles
15 auf sehr gleichmäßige Weise vor sich geht. Es ist bei der oben beschriebenen
Röhre überraschenderweise gelungen, zwei verschiedene Funktionen mittels derselben
Elektrode und vollkommen gleichartiger Schaltungselemente zu bewirken. Nach vorläufigen
Versuchsergebnissen war es möglich, einen gleichgerichteten Strom von 1,5 Amp. Mittelwert
bei einer Effektivspannung des Wechselstromnetzes 13 von 220 Volt durch Verfrühung
des. Löschpunktes auf 0,5 Amp. Mittelwert herunterzuregeln, ohne daß es dazu erforderlich
wäre, den Einsatz der Entladung zu verzögern. Es wurden hierbei ein Kondensator
21 von 6 Mikrofarad und eine Effektivspannung der Wicklung 17 von ungefähr 600 Volt
verwendet. Es ist jedoch anzunehmen, daß dieser Spannungswert bei geeigneter Ausbildung
der Vorrichtung in erheblichem Maße herabgesetzt werden kann.