DE330144C - Vakuumroehre zur Beeinflussung oder Unterbrechung eines elektrischen Stromes - Google Patents

Description

Es ist bekannt, daß der Gasentladung im allgemeinen eine gewisse Labilität innewohnt. Diese Labilität wird z. B. bei der Poulsenlampe für die Erzeugung ungedämpfter Schwingungen ausgenutzt; die singende Bogenlampe ist eine allgemein bekannte Äußerungsform dieser Labilität. Es gibt auch wohlbekannte Erscheinungen bei der Cooper-Hewittschen Quecksilberlampe, die auf eine Labilität des Quecksilberlichtbogens zurückzuführen sind. Auch bei dem Betriebe gewöhnlicher Vakuumröhren, wie etwa Geißler- und Röntgenröhren, ist diese Labilität oft beobachtet worden und hat letzten Endes zu der Konstruktion der Relaisvorrichtungen nach v. Lieben und de Forest geführt. Im allgemeinen wird man, wenn man die Erscheinungen dieses Gebietes studiert, beobachten, daß die Labilität der Entladung von gewissen Schwellenwerten an in immer stabilere Formen umschlägt, je höher man die Röhren evakuiert und je größere Belastungen man durch die Röhren schickt. Da aber nach den Untersuchungen des Erfinders eine befriedigende Konstanz aller Vorrichtungen, die auf Vakuumentladungen beruhen, nur dann zu erwarten ist, wenn man die Evakuierung so hoch wie nur möglich treibt, andererseits aber z. B. für die Unterbrechung von primären Induktorströmen oder für die Erzeugung intensiver Schwingungen derartige Vorrichtungen, die bei einer großen Belastung einwandfrei arbeiten, von großem Interesse sind, ist es wünschenswert, eine Vorrichtung zu schaffen, die im höchsten Vakuum arbeitet und erforderlichen Falles bedeutende Stromstärken bei erheblichen Spannungen zu bewältigen erlaubt.

Der Gedanke, von dem ausgegangen wird, um dieses Ziel zu erreichen, ist der, daß man erstens die Entladung mindestens in der Umgebung der Löschstelle auf einen definierten Querschnitt beschränkt, derart, daß man eine definierte Stromdichte der Entladung herzustellen imstande ist. Die Stromdichte ist dadurch definiert, daß sie im Querschnitt gleichmäßig verteilt ist, daß also das Potentialgefälle im Querschnitt nicht nur Funktion der gesamten Stromstärke ist, sondern bereits allein durch die Stromdichte gegeben ist. Zur Erläuterung diene, daß, solange wie diese definierte Stromdichte nicht besteht, die Entladung also im j Verhältnis zum Querschnitt zu wenig Strom j führt, nicht der gesamte Querschnitt von der Entladung mit gleichmäßiger Stromdichte er-, füllt ist.

Dadurch wird erreicht, daß sich im Hoch- 55,. vakuum ein elektrisches Entladungsgebilde herstellt, welchem die Eigenart zukommt, trotz der Abwesenheit von Gas und einer Anwesenheit zahlreicher Elektronen keine räumliche Ladung mitzuführen.

Der Vorteil, in einem solchen Entladungsgebiete zu arbeiten, ist zunächst der einer großen Beständigkeit. Eingehende Untersuchungen des Erfinders haben ergeben, daß die Vorgänge in einem solchen Gebilde unabhängig von den Gasdichteänderungen im Rohre sind, vorausgesetzt, daß sie sich unterhalb eines gewissen Schwellenwertes der Gasdichte abspielen. Es kann also nicht vorkommen, daß eine derartige Vorrichtung aus von außen nicht erkenntlichen Gründen mit der Zeit ihr Verhalten ändert oder in der Fabrikation ungleichmäßig ausfällt;

Außerdem ist auf Grund dieses Prinzipes eine Steigerung der Empfindlichkeit möglich.

Zweitens ist der hinzutretende, aber von dem ersten auch unabhängig anwendbare Gedanke der, die Entladung durch Anwendung passender Konstruktionen zu einer derartig scharfen Umknickung um etwa 90 ° oder mehr zu zwingen, daß allein diese Krümmung der Bahn der die Entladung transportierenden Teilchen eine große Labilität hinsichtlich jeder Beeinflussung hervorruft. Es genügt in der Tat, an einer derartigen Knickstelle eine geringe Spannungsdifferenz anzulegen, um, sei es den Querschnitt der Entladung, sei es die Verteilung der Ladungen an den Wänden des· Vakuumgefäßes derartig zu beeinflussen, daß der Entladungsstrom ganz «rhebiich zurückgeht, ja unter Umständen ganz ausgelöscht wird.

In der Eig. 1 ist eine Vorrichtung dargestellt, wie sie zur Bewältigung großer Energien, z. B. zur Unterbrechung von Induktorströmen, geeignet ist. G ist die schematisch gezeichnete Glühlampe großer Oberfläche, die vom Transformator H auf Weißglut geheizt ist und eine Entladung in dem hochevakuierten Räume des Gefäßes V einzuleiten gestattet. Außer dieser Glühlampe sind noch zwei weitere Elektroden angebracht, nämlich die Anode A₁ die ringförmig ausgebildet ist und ringförmig um das Rohr R gelagert ist, sowie die Zünd- und Löschelektrode Z. Diese letztere ist vorzugsweise parallel der Mündung des Rohres R anzuordnen. Will man aber sehr große Empfindlichkeit der Anordnung erreichen, so läßt man sie ganz oder zum Teil mit passendem Spielraum in die Mündung von R hineinragen. Die Entladung, die etwa von einem Hochspannungsgleichstromdynamo D unterhalten wird, nimmt ihren Weg durch das Vakuum von der Glühkathode G durch das Rohr R, und zwar muß sie in der Regel, da die Ano.de A durch das Rohr R gegenüber G abgeschaltet ist, indem die Anode A gegen die Mündung von R mehr oder weniger erheblich zurückgesetzt ist, gezündet werden. Dies geschieht, indem man im Augenblicke des Stromeinschaltens vermittels des rotierenden Umschalters U die Zündelektrode Z auf ein positives Potential bringt, sei es von einer besonderen Spannungsquelle aus, sei es, indem man sie für eine passende Zeitdauer mit dem positiven Pole der Stromquelle D verbindet. Wenn nun diese Verbindung im Verlaufe der Rotation von U gelöst wird, geht der Strom von G nach A über und hat Gelegenheit, in dem Beispiele der Fig. 1 den Eisenkern des Induktors / auf Sättigung zu magnetisieren. Nachdem diese Magnetisierung erfolgt ist, wird zu einem geeigneten Zeitpunkte die Elektrode Z auf ein. passendes negatives Potential aufgeladen. Dadurch erfolgt eine jähe Unterbrechung im Stromkreise, und die im Eisenkern aufgestapelte Energie wird im Sekundärkreis des Induktors abgegeben. Das kann nun entweder so erfolgen, daß man sie wieder mit einer besonderen Spannungsquelle verbindet, oder auch so, daß man sie, wie in der Fig. 1, vermittels des , rotierenden Umschalters U für einen kurzen Augenblick mit dem negativen Pol von D verbindet. An Stelle des rotierenden Umschalters U kann ein schwingendes Umschaltersystem : benutzt werden; zur Verteilung der Spannungen können Widerstände W₁ oder W₂ eingeschaltet werden. Auch kann die Primärspule des Induktors in irgendeinem anderen Leitungsstrange liegen als in dem gezeichneten.

Für den Fall eines Wechselstrombetriebes wird selbstverständlich der Umschalter U synchron mit dem Wechselstrome zu laufen haben, und man wird, um beide Wechsel aus- : zunutzen, zwei verschiedene, im entgegen-, gesetzten Sinne gewickelte Primärwindungen , des Induktors anbringen, die man mit Hilfe zweier entgegengesetzt gepolten Unterbrecher j derartig betreibt, daß für einen jeden Wechsel

eine richtige Unterbrechung und also Abgabe gleichgerichteter Hochspannung stattfindet. ι Durch Anbringung von Kondensatoren und Selbstinduktionen in geeigneter Weise wird die ! Vorrichtung statt für Induktorzwecke der Erregung von Schwingungen verschiedenster Frequenz dienstbar gemacht.

Fig. 2 zeigt eine besondere Ausführung der Anode A für den Fall, daß bei erheblicher Energie eine Einengung der Entladung an der Auslöschstelle erwünscht ist. Die mit einer solchen Einengung verknüpfte Wärmeabgabe bedingt es, daß man an der Löschstelle nicht Glas, sondern ein hochschmelzendes Material, ζ. B. Quarz, verwendet, in der Form eines konzentrischen, in das Glasrohr R eingeführten Quarzrohres Q. Dieses Quarzrohr wird zweckmäßigerweise am Konus -S in die Anode A eingeschliffen und vermittels eines Gewindes G von dem Metallrohre M an den Konus fest angepreßt. Die leitenden Ringe L verhindern, daß die Entladung zwischen die Wände von Q und R gleitet. Wesentlich ist, daß die ganze Elektrode in diesem Falle gekühlt wird. Das geschieht vermittels der im Vakuum um das Metallrohr M gewundenen Kühlrohrspirale K, deren Inneres absolut dicht gegen das Vakuum mit der atmosphärischen Luft derartig in Verbindung steht, daß eine Wasserzirkulation in der Spirale aufrechterhalten werden kann.

Claims (5)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Vakuumröhre zur Beeinflussung oder Unterbrechung eines elektrischen Stromes, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der so weit wie möglich evakuierten Röhre der zu beeinflussende Entladnngsstrom zunächst von der Kathode aus eine nach einem de-

   finierten Querschnitt zu konvergierende Bahn beschreibt und daß die Entladungsbahn diesen definierten Querschnitt ausfüllt.
2. 2. Vakuumröhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der

   Anode und einer Zusatzelektrode, welche im Takte der Schwingung auf das Potential der Anode, dann aber auf ein demgegenüber negatives Potential gebracht wird, ein Feld ίο herrscht, welches eine quer' zur Entladungsbahn gerichtete Komponente besitzt.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umknickung der Entladungsbahn dadurch erzielt wird, daß die Elektroden räumlich in der Reihenfolge Kathode, Anode, Zünd- und Löschelektrode aufeinanderfolgen.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im luftleeren

   ao Gehäuse ein gegebenenfalls zum Teil aus einem hochschmelzenden Isolator (Quarz) bestehendes und etwa nach der Zündelektrode zu verjüngtes Rohr angebracht, und daß die Anode zweckmäßig in der Form eines Ringes um dieses Rohr herum, unter Umständen gegen die Mündung zurückversetzt, angeordnet ist, während die Zünd- und Löschelektrode parallel zur Mündung des Rohres in geringem Abstand vor dieser liegt, so daß die Bahn des Entladungsstromes an der Mündung des Rohres parallel zum Rohrquerschnitt verläuft oder sogar um die Ränder der Mündung zurückgebogen wird.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kühlung der Anode eine im Vakuum liegende Kühlschlange aus Metall um diese Elektrode gewickelt und mit ihr wärmeleitend verbunden ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.