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Quecksilberdampfgleichrichter. In den bisher bekannten Quecksilberdampfgleichrichtern
werden im allgemeinen als feste Elektroden - Anoden - solche aus Eisen oder Graphit
benutzt. Obgleich man mit diesen Anoden Ströme von niedriger Spannung sehr gut gleichrichten
kann, besteht der Übelstand, daß dass Elektrodenmaterial mehr oder weniger rasch
zerstäubt wird oder daß aus den festen Elektroden langsam Gase abgegeben werden,
die die vollständige Gleichrichtung verhindern. Keine der bisher verwendeten Substanzen
ist imstande, den an eine vollständige Gleichrichtung zu stellenden Ansprüchen auf
die Dauer und besonders bei höheren Spannungen und starken Entladungen zu genügen.
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Nach der Erfindung sollen deshalb die Anoden im Quecksilberdampfgleichrichter
aus Metallen, wie Tantal, Vanadium, Molybdän, Wolfram, Niob oder Uran bzw. einer
Legierung irgendeines derselben mit anderen Metallen, hergestellt werden, d. h.
solchen Metallen, die außer einem sehr hohen Schmelzpunkt eine sehr geringe Neigung
besitzen, sich mit Quecksilber zu amalgamieren, die eine außerordentlich geringe
Gaslöslichkeit haben oder wenigstens die etwa gelösten Gase sehr leicht im Vakuum
wieder abgeben, und denen schließlich eine sehr geringe Tendenz zukommt, im Vakuum
unter der Einwirkung elektrischer Entladungen zu zerstäuben. Diese für den genannten
Zweck unerläßliehe Vereinigung von Eigenschaften macht diese Metalle zum geeignetsten
Anodenmaterial bei Quecksilberdampfgleichrichtern.
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Tantal und Wolfram sowie die ihnen verwandten Metalle sind bereits
häufig als Elektrodenmaterial verwendet worden, so z. B. in den Siemensschen Tantal-
und Wolfram-Röntgenröhren. Hier ist es vor allem ihre geringe Zerstäubung im Vakuum,
die sie wertvoll macht. Bei Quecksilberlampen haben sie ferner als Anoden Anwendung
gefunden, aber nur als feste Elektrode bei stetig brennenden Lampen, deren Anoden
auf eine sehr hohe Temperatur gebracht werden können, damit ihr weißes Licht ein
einheitlicheres Spektrum der Lampe gibt. Sie werden, wie in der Beschreibung besonders
betont ist, nur mit Gleichstrom betrieben und sind gegebenenfalls mit Wasserstoff,
Kohlenoxyd oder Kohlendioxyd gefüllt. Daß sie im evakuierten Zustande auch eine
gleichrichtende Wirkung auszuüben vermöchten, war zwar zu erwarten. Nicht jedoch
zu erwarten war, daß die Gleichrichtung an solchen Elektroden eine gegenüber der
bekannten, bisher erreichten unvergleichlich günstigere sein würde. Dies wird bedingt
durch die oben erwähnten Eigenschaften dieser Metalle, welche bei den bekannten
Lampen mit ähnlichen Elektroden nicht von Belang waren. Diese sind, wie gesagt,
geringe Gaslöslichkeit und die damit zusammenhängende geringe Tendenz, im Vakuum
unter dem Einfluß hoher Spannungen zu zerstäuben.
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Infolge der ausgezeichneten Ventilwirkung bei bisher unerreichter
Konstanz der Wirkung, bedingt durch die geringe Zerstäubung und Gasabgabe, können
solche Gleichrichter nicht nur wie die bekannten Gleichrichter benutzt werden, sondern
auch bei der Gleichrichtung von hochgespannten Strömen, bei denen die bisher benutzten
Elektroden
vollständig versagen. So ist es gelungen, mit Hilfe eines in den Stromkreis der
Sekundärspule eines Transformators oder Induktoriums geschalteten Gleichrichters
mit Wolframelektroden und gegebenenfalls mit einem stetig brennenden Lichtbogen
zwecks regelmäßigerer Zündung Wechselströme so vollständig gleichzurichten, daß
eine gleichzeitig eingeschaltete Röntgenröhre absolut schließungslichtfrei arbeitet.
Die zum Betriebe der Röhre nötige Spannung beläuft sich bekanntlich auf 4o ooo bis
200 000 Volt. Nähert man die Wolframelektrode dem Quecksilber, so ist der
Zündlichtbogen unnötig. Bei genügend hoher Spannung,.cird die Vakuumstrecke durchschlagen.
Beim Umkehren der Stromrichtung kann trotzdem kein Strom den Gleichrichter und somit
das Röntgenrohr durchfließen.
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Eine andere bisher nicht' mögliche Verwendung des Quecksilbergleichrichters
liegt in seiner Benutzung als Ventil bei der Erzeugung elektrischer Schwingungen.
Trotz der vielen diesbezüglichen Versuche, die ausgezeichneten Eigenschaften der
Quecksilberdampflampe mit Metall- oder Graphitelektroden zur Schwingungserzeugung
in einem mit der Lampe in geeigneter `'eise verbundenen Schwingungskreise zu verwenden,
wobei die Lampe als selbsttätiger Unterbrecher oder in Verbindung mit Funkenstrecken
als Ventil wirkt, sind alle Bemühungen erfolglos geblieben, weil bei den hierbei
auftretenden Spannungen die Elektroden zerstäuben und die Ventilwirkung sehr bald
ungenügend wird. Selbst bei Spannungen von nur 500 Volt zerstäubt Eisen,
und Graphit zeigt denselben Übelstand bei nicht viel höheren Spannungen wegen der
auftretenden Spannungssteigerung. Das gleiche gilt von den mit einer Funkenstrecke
gemeinsam benutzten Gleichrichtern zur Erzeugung von Stoßerregung. Mit den neuen
Gleichrichtern ist es dagegen auch möglich, mit oder ohne Zündlichtbogen mittels
eines geeignet angeschlossenen Schwingungskreises dauernd Schwingungen fast jeder
beliebigen .Frequenz bei äußerst fester Kupplung zu erhalten. Hierdurch ist das
Problem der idealen Stoßerregung gelöst.
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Ein weiteres Problem, welches durch die neuen Gleichrichter seine
Lösung findet, ist die Erzeugung hochgespannten Gleichstromes konstanter Spannung
aus Wechselstrom oder Mehrphasenstrom. Da nach dem Gesagten Ströme von Spannungen,
wie sie die Röntgentechnik verwendet, gleichgerichtet werden können, so läßt sich
z. B. Drehstrom, der auf eine geeignete Spannung herauftransformiert ist, durch
einen Quecksilberdampfgleichrichter mit den neuen Elektroden in bekannter Schaltung
gleichrichten. Man erhält dann einen Gleichstrom, dessen Spannung mit der dreifachen
Periodenzahl des Wechselstromes und maximal 5o Prozent der Gesamtspannung variiert.
Verwendet man analog der Grätzschen Schaltung vier Gleichrichter, der eine mit drei
Anoden, die anderen drei mit je einer Anode und jede mit einem Zündlichtbogen, so
erhält man Schwankungen von der sechsfachen Periodenzahl des Wechselstromes und
nur z ; Prozent der Gesamtspannung. Durch Vorschaltung geeigneter Drosselspulen
und genügend großer Kondensatoren ist es dann möglich, die prozentuale Spannungsschwankung
auf jedes gewünschte Maß herabzudrücken.
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Selbstverständlich sind viele andere Verwendungsmöglichkeiten vorhanden.
Sie sind stets dort gegeben, wo Gleichstrom von hoher Spannung nötig ist oder wo
den durch irgendeinen Vorgang auftretenden Stromschwankungen der Weg in`einer Richtung
vollständig versperrt werden soll. Man kann sie natürlich an Stelle der bekannten
Gleichrichter verwenden. Durch ihre besonderen Eigenschaften aber ist man imstande,
sie dort zu verwenden, wo die bisher bekannten Gleichrichter vollständig versagten.
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Selbstverständlich können alle bekannten Hilfsmittel zur Erhöhung
der Gleichrichterwirkung bei den neuen Gleichrichtern in Anwendung kommen. So können
die Elektroden, besonders wenn ihnen die Form von Hohlgefäßen gegeben wird, gekühlt
werden. Sie können ferner durch Röhrchen aus Glas, Porzellan oder Quarz geschützt
werden und durch geeignete Stellung vor der Bestrahlung durch i das entstehende
ultraviolette Licht bewahrt werden. Auch ist es vorteilhaft, den Lichtbogenkrater
durch Quarzröhrchen oder durch herausragende 'Metallspitzen am Umherwandern zu verhindern.
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Eine selbstverständliche Folge der dieser Erfindung zugrunde liegenden
Erkenntnis, daß schon die geringe Gasabgabe, wie sie beispielsweise durch Eisenelektroden
veranlaßt wird, das außerordentlich hohe Vakuum vernichtet, welches für die Gleichrichtung
hoherSpannungen erforderlich ist, besteht darin, daß im Gleichrichterraum, auch
abgesehen von den F_lektroden, keine Teile vorhanden sein dürfen, welche Anlaß zur
Gasabgabe bieten könnten. Es genügt nicht, wenn die Anoden aus Wolfram, Tantal o.
dgl. Metallen bestehen und infolgedessen ihrerseits die Gewähr bieten, daß durch
sie kein Gas in den Gleichrichterraum gelangt, sondern es ist auch erforderlich,
daß etwa im Gleichrichterraum vorhandene Zündglühkathoden die gleiche Bedingung
erfüllen. Dadurch unterscheidet sich der Gleichrichter der Erfindung grundsätzlich
auch von vorbekannten, zugleich als Quecksilberlampe und Gleichrichter dienenden
Einrichtungen mit Glühkathode aus einem mit Erdalkalioxyd bedeckten Draht, selbst
wenn bei solchen Gleichrichtern die Anoden aus Wolfram oder Tantal bestehen. Eine
solche Glühkathode muß aus dem Erdalkalimetalloxydfiberzug
beim
Betrieb beständig Gase abgeben, wodurch die Erreichung und Erhaltung eines Vakuums
von derjenigen außerordentlichen Höhe, wie es Vorbedingung für die Gleichrichtung
von sehr hochgespannten Strömen gemäß der Erfindung ist, in ähnlicher Weise ausgeschlossen
wird, wie es durch die Verwendung von Eisen oder sonstigen gasabgebenden Anoden
geschieht. Um einen Anhalt für die Höhe des erforderlichen Vakuums zu geben, mag
erwähnt werden, daß dieses j edenfalls unter o,ooz mm Quecksilber sein muß. Zweckmäßig
ist das Vakuum jedoch noch erheblich höher, beispielsweise von der Größenordnung
von '/i"", mm.