DE478736C - Entladungsroehre mit eingeschlossener Bogenentladung zwischen feststehenden Elektroden in einer Edelgasfuellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Entladungsröhren mit Glühkathode, bei denen eine Bogenentladung durch eine- neutrale Gasfüllung zwischen feststehenden Elektroden stattfindet und die sich besonders zur Verwendung als Gleichrichter eignen.

Es sind bereits Gleichrichter dieser Art bekannt, bei denen die Kathode aus einer Spirale aus schwer schmelzbarem Stoffe, wie z. B.

Wolfram, besteht, welche durch einen elektrischen Strom auf die erforderliche hohe Temperatur erhitzt wird. Diese Bauart bietet den Vorteil, daß die Bogenentladung bei den üblichen Netzspannungen herbeigeführt werden kann, hat aber andererseits den Nachteil, daß die Kathodenspirale in der Regel nur eine kurze Lebensdauer hat und das Erwärmen des Glühfadens eine erhebliche Menge Energie erfordert.

Man hat auch bereits vorgeschlagen, für die Glühkathode ein massives Blöckchen oder Kügelchen aus Wolfram oder anderem geeigneten schwer schmelzbaren Stoff zu verwenden, das durch den Entladungsstrom in glühendem Zustande gehalten wird. Zwecks Herbeiführung der Bogenentladung wird bei diesen Röhren ein Glühfaden benutzt, der die Kathode durch Strahlung und Leitung von Wärme erhitzt und der zugleich dazu dient, einen Hilfsbogen zu bilden, der gleichfalls die Temperatur der Kathode erhöht. Sobald die Kathode glüht, wird dieser Hilfsglühfaden ausgeschaltet, worauf der Bogen zwischen der zum Glühen gebrachten Kathode und der Anode bestehen bleibt.

Der Hilfsglühfaden erschwert die Herstellung der Röhren, und es hält oft schwer, den richtigen Moment zum Ausschalten des Hilfsglühfadens zu wählen.

Man hat daher bereits vorgeschlagen, den Hilfsglühfaden fortzulassen und zum Einleiten der Bogenentladung zwischen den Elektroden vorübergehend eine hohe Spannung anzulegen, zu deren Erregung eine besondere Wicklung auf dem Transformator erforderlich ist. Es wird dann außerdem zur Herabsetzung der Zündspannung die Kathode mit einer scharfen Spitze ausgeführt.

Der Gleichrichter gemäß der Erfindung vereinigt die Vorteile der bisher bekannten Gleichrichter und behebt mehrere der genannten Schwierigkeiten.

Bei dem Gleichrichter gemäß der Erfindung findet die Bogenentladung auf bekannte Weise

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. Gillis Holst in Eindhoven.

zwischen feststehenden Elektroden in einer ■Edelgasfüllung statt. Die Kathode wird durch die Entladung auf Glühtemperatur gehalten, während die Anode auf verhältnismäßig niedriger Temperatur bleibt. Die Art und der Druck der Gasfüllung sind derart gewählt, daß, wenn man bei bestimmter Form und Anordnung der Elektroden an die Elektroden eine Netzspannung von der für Beleuchtungsnetze allgemein üblichen Größenordnung (220 Volt usw.) anlegt, eine GHmmentladung auftritt, die selbsttätig in eine Bogenentladung übergeht.

Es ist einleuchtend, daß ein Widerstand geeigneter Größe in Reihe mit den Elektroden angebracht wird, derart, daß einerseits der Übergang der Glimmentladung in die Bogenentladung stattfindet, während andererseits die Stromstärke der Bogenentladung nicht störend groß wird.

ao Zur leichteren Bildung der 'GHmmentladung können in der Nähe einer oder der beiden Elektroden eine oder mehrere Hüfselektroden für die Glimmentladung angebracht sein.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Einrichtung zum Betriebe von Gleichrichtern der angegebenen Art. Dabei ist der Gleichrichter mit zwei gleichförmigen Elektroden versehen, zwischen denen zuerst eine GHmmentladung und dann eine sich aus ihr ergebende Bogenentladung hervorgerufen wird, so daß die Elektroden zum Glühen gelangen, worauf dann die gleichrichtende Bogenentladung zwischen der Anode und einer der beiden Elektroden als Kathode eingeleitet wird. Bei Verwendung zweier Gleichrichterröhren kann man weiter gemäß der Erfindung eine sehr einfache Schaltung dadurch erhalten, daß man jeden der Gleichrichter mit einer der beiden Hälften der Sekundärwicklung eines Transformators mit abnorm hohem Spannungsabfall derart verbindet, daß die Gleichrichter abwechselnd Strom durchlassen. Bei einer solchen Einrichtung kann man durch einfache Einschaltung eines einpoHgen Schalters beide Röhren in Betrieb setzen.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen, in denen einige Schaltungen unter Anwendung des neuen Gleichrichters dargestellt sind, beispielsweise erläutert.

Abb. ι ist eine Schaltung mit einem Gleichrichter gemäß der Erfindung, mit einer Kathode und einer einzigen Anode versehen, bei der ein Potentiometer benutzt wird.

Abb. 2 ist eine Schaltung mit einem Gleichrichter gemäß der Erfindung, mit einer Anode und einer Kathode versehen, bei der ein Transformator übHcher Bauart angebracht ist.

Abb. 3 ist eine Schaltung einer Röhre mit einer einzigen Anode und zwei Elektroden, die als Kathode funktionieren können, mit den zugehörigen Vorrichtungen.

Abb. 4 ist eine schematische Darstellung einer Einrichtung mit zwei Gleichrichtern gemäß der Erfindung, bei der ein Transformator mit abnorm hohem Spannungsabfall benutzt wird.

In Abb. ι ist 1 die gläserne Hülle einer Gleichrichterröhre gemäß der Erfindung. Sie ist mit Füßen 4 und 6 versehen, in die ein Stütz- und Stromzuführungsdraht 5 für eine Kathode 3 und ein entsprechender Draht für eine Anode 2 eingeschmolzen sind.

Die Kathode kann aus Wolfram, Molybdän oder anderen geeigneten Stoffen mit hohem Schmelzpunkt bestehen und hat eine derartige Form, daß sie durch die Bogenentladung auf Glühhitze erwärmt wird (zweckmäßig über 2000° C).

Die Kathode kann dazu wie in der Abbildung aus einer Verdickung am Ende eines verhältnismäßig dünnen Stromzuführungsdrahtes 5 bestehen. Obwohl die Kathode auch mit einer scharfen Spitze versehen werden kann, ist dies für den Zweck der Erfindung in der Regel überflüssig. Die Anode 2 kann z. B. aus Wolfram, Molybdän, Nickel, Tantal bestehen und muß eine solche Form haben, daß sie beim Betrieb auf einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur bleibt, vorzugsweise unter der Temperatur, bei der sie selbständig Elektronen aussenden würde. Zu diesem Zwecke gibt man der Anode eine bedeutend größere Masse als der Kathode; auch kann man den Stromzuführungsdraht verhältnismäßig dick gestalten oder die Anode in irgendeiner geeigneten Weise kühlen.

SchHeßHch sind die Elektroden derart ausgebildet und angeordnet, daß sie die Bildung einer GHmmentladung bei übHcher Netzspannung erleichtern und die Kathode derart durch die GHmmentladung erwärmt wird, daß letztere in einen Bogen übergeht.

Gemäß der Erfindung besteht die Gasfüllung aus einem Edelgase mit einem kleinen Zusatz eines anderen Edelgases, dessen Ionisierungsspannung niedriger ist als die Spannung, bei welcher der erste unelastische Stoß in dem ersten Gase auftritt. So kann die Gasfüllung z. B. mit Vorteil aus einem Gemisch von Neon mit einem Zusatz von 0,5 bis 5 Prozent Argon, no vorzugsweise Neon mit etwa 1 Prozent Argon, bestehen.

Beispielsweise sei erwähnt, daß, wenn die Röhre für eine Netzspannung von 220 Volt Wechselstrom bestimmt ist, die folgenden Werte gewählt werden können: Eine Gasfüllung, die aus einem Gemisch von Neon mit einem Zusatz von 1 Prozent Argon besteht und einen Druck von 25 bis 40 cm Quecksilber hat, während der Abstand zwischen den Elektroden 0,5 bis 1 mm beträgt. Was den Druck der Gasfüllung betrifft, so kann im allgemeinen

bemerkt werden, daß ein niedriger Druck die Bildung der Glimmentladung erleichtert; bei abnehmendem Druck nimmt aber die Zerstäubung der Glühkathode zu, so daß man den Druck nicht nach Belieben herabsetzen kann. Mit einem Gasdruck von weniger als 3 cm können sicher keine guten Ergebnisse erzielt werden.

Ein erheblich höherer Gasdruck ist zulässig, wenn man gewisse Hilfsmittel benutzt, um die Bildung der Glimmentladung zu erleichtern. So kann man z. B. gegenüber dem Kathodenzuführungsdraht eine Hilfselektrode anordnen, welche eine Glimmentladung einleitet, wodurch die Bildung der Glimmentladung, die in die Bogenentladung übergehen muß, gefördert wird. Auch kann man z. B. die Kathode erwärmen, wodurch die Zündspannung der Glimmentladung gleichfalls herabgesetzt wird. Man kann dazu beispielsweise in der Nähe der Kathode eine Erwärmungsspirale anbringen.

Die Einrichtung gerriäß Abb. 1 enthält ein

Potentiometer g, h, dessen Enden mit einer Spannung von der für Verteilungsnetze für Beleuchtung und ähnliche Zwecke üblichen Größenordnung, z. B. 220 Volt, verbunden sind.

Parallel zu dem Widerstand g, h liegt ein

gleicher Widerstand k, m; über beide kann ein Schieber mit Kontakten 0 und -p vor- und rückwärts bewegt werden. Zur Herstellung der Bogenentladung versetzt man den Schieber zunächst in eine solche Stellung (nahe den Punkten m, h), daß eine genügende Spannung an den Elektroden liegt. Dann verschiebt man 0, p nach k, g zu, derart, daß die Spannung g, φ abnimmt und keine Gefahr vorhanden ist, daß die Röhre in der falschen Richtung Strom durchlassen würde, wobei man mit 0, f zugleich die Stärke des durch die Batterie 33 fließenden Stromes regeln kann.

Beim Verschieben des Schiebers ο, φ ist stets ein Widerstand gleicher Größe (-p, h+ k, 0) mit Gleichrichter und Batterie in Reihe geschaltet.

♦5 Die Einrichtung gemäß Abb. 1 ist sehr einfach und leicht zu verwenden, hat aber den Nachteil, nicht sehr wirtschaftlich zu sein.

Wirtschaftlicher ist die Schaltung gemäß

Abb. 2, bei der die Einrichtung einen Transformator enthält, dessen Primärwicklung 9 an ein Netz üblicher Spannung, beispielsweise 220 Volt, angelegt sein kann. Beim Einschalten des Gleichrichters wird ein Schalter 11 in Stellung α umgelegt, wodurch die volle Netzspannung an die Elektroden angelegt wird. Zwischen ihnen entsteht nun eine Glimmentladung, die alsbald in eine Bogenentladung übergeht, wodurch die Kathode 3 zum Glühen gebracht wird. Ein Vorschaltwiderstand 10 ist derart gewählt, daß einerseits die Bildung der Bogenentladung mögHch ist, andererseits aber die Stromstärke nicht zu hoch wird. Ist die Kathode zum Glühen gebracht, so wird der Schalter 11 in die Stellung b umgelegt, so daß die Sekundärwicklung 8 in dem Kreis der Elektroden liegt. Durch den hindurchgehenden Gleichstrom wird nun die Batterie 13 aufgeladen; die Stromstärke in dem Kreis kann durch den Regelwiderstand 12 geregelt werden. Die von der Sekundärwicklung 8 abgenommene Spannung ist zweckmäßig ebenfalls regelbar.

Man kann auch den Schalter 11 selbsttätig, z. B. durch elektromagnetische Wirkung, von der Stellung α in die Stellung b umlegen lassen.

In Abb. 3 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Hierbei wird zunächst eine Bogenentladung zwischen Elektroden 16 und 17 herbeigeführt, die dann zwischen einer dieser Elektroden und einer Anode 15 den gleichrichtenden Bogen einleitet.

Ein Schalter 20 wird zunächst in die Stellung gebracht, in welcher der Schalterhebel auf dem Kontaktstück c ruht und die volle Netzspannung an die Elektroden 16 und 17 angelegt wird. Zur leichteren Bildung der Glimmentladung zwischen den Elektroden 16 und 17 ist eine Hilfselektrode 18, z. B. aus Magnesium, angebracht. Die Entladung zwischen 18 und 16 wird durch einen Widerstand 19 auf eine GHmmentladung beschränkt, und die zwischen 16 und 17 auftretende Bogenentladung wird durch einen Widerstand 24 begrenzt.

Sind die Elektroden 16 und 17 zum Glühen gebracht/ so wird Schalter 20 in die Stellung d umgelegt, wodurch auch der Bogen zwischen den Elektroden 17 und 15 entsteht und zugleich die aufzuladende Batterie 21 eingeschaltet wird. Sobald dieser Bogen hergestellt ist, bringt man den Schalter 20 in die Stellunge, wodurch die Bogenentladung zwischen 16 und 17 aufhört. Die Batterie 21 kann nun aufgeladen werden; die Stromstärke wird mit Hilfe eines Widerstandes 22 und durch Regelung der von der Sekundärwicklung des Transformators 23 abgegriffenen Spannung geregelt.

Die Gasfüllung der in Abb. 3 dargestellten ■Röhre kann unter sonst gleichen Verhältnissen einen höheren Druck haben als die gemäß Abb. 2. Bei einer Netzspannung von z. B. 220 Volt unter Benutzung der gleichen Gasfüllung, wie für die Ausführungsform nach Abb. 2 angegeben wurde, kann bei einem Abstand von etwa 1 mm zwischen den Elektroden 16 und 17 der Druck der Gasfüllung 50 cm betragen.

Der Vorteil der in Abb. 3 dargestellten Röhre ist, daß der Abstand zwischen Kathode und Anode größer sein kann als bei der Röhre nach Abb. 2, obwohl die Herstellung der gleichrichtenden Bogenentladung stets gesichert ist.

Man kann die Schaltung auch derart einrichten, daß anstatt der Elektrode 17 die Elektrode 16 als Kathode auftritt. In dieser Weise kann auch die Lebensdauer der Röhre noch erhöht werden.

Abb. 4 stellt eine Einrichtung mit zwei Gleichrichterröhren 25 und 26 dar, welche sehr einfach ist.

Der Transformator mit Primärwicklung 28 und Sekundärwicklung 29 und 30 ist derart gebaut, daß bei steigender Stromentnahme die Sekundärspannung sehr stark sinkt.

Jede Röhre ist mit einer Hälfte der Sekundärwicklung verbunden, die beiden Hälften sind möglichst identisch. Beim Einschalten soll die Spannung der beiden Hälften 29 und 30 so hoch sein, daß die Bogenentladungen in den Röhren 25 und 26 entstehen können. Während der halben Periode, in welcher Strom durch 25 so fließt, muß in der Wicklung 29 die Spannung auf einen der Spannung des Bogens und der Spannung der Batterie entsprechenden Wert herabgesunken sein. Aber auch die Spannung in der Wicklung 30 muß so weit herabgesunken *5 sein, daß durch die Röhre 26 (in der während dieser halben Periode die Anode negativ in bezug auf die Kathode ist) gar kein oder praktisch kein Strom fHeßt. Es ergibt sich somit, daß nach dem Schließen des einpoligen Schalters 32 alles Umschalten überflüssig ist.

Die Vorteile des Gleichrichters gemäß der Erfindung treten bei dieser Einrichtung sehr stark in den Vordergrund. Bei keiner der bisher bekannten Gleichrichterröhren war eine solche einfache Schaltung wie in der Ausführungsform nach Abb. 4 möglich.

Es ist einleuchtend, daß bei Gleichrichterröhren gemäß der Erfindung auch mehrere Anoden oder mehrere Elektrodenpaare, zwischen denen eine gleichrichtende Bogenentladung herbeigeführt wird, benutzt werden können, ohne von dem Grundgedanken der Erfindung abzuweichen.

Entladungsröhren gemäß der Erfindung können auch zu anderen Zwecken als zum Gleichrichten des Wechselstroms, z. B. zur Beleuchtung, angewendet werden.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Entladungsröhre mit eingeschlossener Bogenentladung zwischen feststehenden Elektroden in einer Edelgasfüllung, bei der die Kathode aus einem schwer schmelzbaren Stoff besteht und durch die Entladung auf Glühhitze gehalten wird, während die Anode auf verhältnismäßig niedriger Temperatur bleibt und bei der beim Anlegen der Elektroden an eine Spannung eine selbständige Gliinmentladung auftritt, welche daraufhin selbständig in die Bogenentladung übergeht, dadurch gekennzeichnet, daß die Edelgasfüllung aus einem Edelgas mit einem kleinen Zusatz eines anderen Edelgases besteht, dessen Ionisierungsspannung niedriger ist als die Spannung, bei welcher der erste unelastische Stoß im ersten Gas auftritt, so daß beim Anlegen der Elektroden an eine Spannung von der für Beleuchtungszwecke allgemein üblichen Größenordnung eine Glimmentladung auftritt.
2. 2. Einrichtung zum Gleichrichten von Wechselströmen mit einer Entladungsröhre gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsröhre mit zwei gleichförmigen Elektroden versehen ist, zwischen denen zunächst eine Glimmentladung und eine sich aus ihr ergebende Bogenentladung hergestellt wird, so daß diese Elektroden zum Glühen gelangen, worauf dann die gleichrichtende Bogenentladung zwischen der Anode und einer dieser beiden Elektroden als Kathode eingeleitet wird.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen