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Entladungsgefäß, insbesondere überspannungsableiter, mit Edelgasfüllung
Es ist bekannt, Entladungsröhren mit in einer Edelgasatmosphäre einander gegenüberliegenden
Elektroden als Überspannungsschutzeinrichtung zu verwenden. Derartige Entladungsröhren
müssen so bemessen sein, daß ihre anfängliche Glimmentladung in eine Lichtbogenentladung
umschlägt, damit sie eine hohe Energie abzuleiten imstande sind. Dabei besteht aber
die Schwierigkeit, die Röhre während des Entladungsvorganges nicht zu stark zu erwärmen,
damit nicht dadurch die Löschspannung sinkt und damit ein ;lauernder Strom, hervorgerufen
durch die Betriebsspannung, durch,die Röhre fließt.
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Diese Schwierigkeiten werden nach der Erfindung dadurch beseitigt,
daß mindestens eine der Elektroiden des Entladungsgefäßes mit einer Emissionsschicht
bedeckt ist, und zwar einem pasteförmigen Überzug aus .dem Salz eines Alkalimetalls
und dem Salz eines Metalls hoher Elektronenemission, vorzugsweise Thoriumoxyd. Diese
Emissionsschicht hat die Eigenschaft, den Spannungsabfall an der Röhre auf einen
sehr kleinen Betrag- zu vermindern. Infolgedessen wird selbst bei großen Strömen
die in der Röhre vernichtete Energie klein, so daß die Erwärmung gering bleibt und
das Absinken der Löschspannung praktisch verhindert ist.
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Es ist bereits bekanntgeworden, bei Entladungsgefäßen für .die Zwecke
der überspannungsableitung wenigstens eine der Elektroden mit einem Überzug aus
Alkalimetall zu versehen, um d!adurch die Zündspannung der Entladungsröhre herabzusetzen.
Um ein schnelles Verdampfen des Alkalimetalls zu verhindern, ist auch angegeben
worden, auf der Elektrode eine Alkalim.etallverbindung in Verbindung mit einem Mittel
vorzusehen, durch das ständig eine genügende Menge der Alkalimetallverbindung zu
Alkalimetall reduziert wird.
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Bekanntgeworden ist ferner, iii Röhren für die Zwecke der Überspannungsable@itung
Stoffe, die aktive Strahlen aussenden, vorzusehen, um auf diese Weise eine Vorionisierung
.der Gasfüllung zu erreichen und dadurch ebenfalls eine Herabsetzung der Zündspannung,
insbesondere eine Verkürzung der Zündzeit, zu erzielen. Beim Erfindungsgegenstand
handelt es sich demgegenüber darum, den Spannungsabfall an der Röhre bei Durchgang
der Lichtbogenentladung herabzusetzen, und zwar dadurch; daß der Überzug auf der
Elektrode außer der Alkalimetallverbindung einen Stoff hoher Elektronenemission
enthält.
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In den Abb. i und :2 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Im Innern einer mit Edelgas gefüllten Röhre i sind einander -gegenüberliegende Elektroden
a angeordnet. Auf den Elektroden a ist in Abb. i ein Drahtsieb 3 aufgeschweißt,
das als Träger
für die Emissionsschicht q. dient. Die Emissionsschicht
q. wird im pasteförmigen Zustand aufgetragen und in einem Ofen bei 5o bis <;o°
C getrocknet. Trotz der stark hygroskopischen Eigenschaften des Alkalisalzes bleibt
diese Emissionsschicht auch an Luft lange Zeit haltbar. Nach dem Einbringen der
Elektroden mit der Emissionsschicht werden die Röhren wie üblich evakuiert, ausgeheizt
und mit einem Edelgas von einigen Millimetern Hg gefüllt. Der Herstellungsprozeß
ist also sehr einfach. Ein Formieren der Elektroden ist dabei nicht erforderlich.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Abb.2 sind die Elektroden 2 ringförmig
ausgebildet. Die Emissionsschicht ist bei diesen Elektroden ebenfalls wieder auf
einem Metallsieb befestigt, das im Innern der ringförmigen Elektroden 2 angeschweißt
ist.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Im Normalzustand fließt
kein Strom durch die Röhre, da die Betriebsspannung unterhalb der Lösch- und Zündspannung
liegt. Tritt nun eine Überspannung auf, so zündet .dieRöhre, und derEntladungsvorgang
setzt ein. Innerhalb einer sehr kurzen Zeit, die kleiner als io-7 Sek. ist, schlägt
die Glimmentladung in eine Lichtbogenentladung über. Diese Zeit reicht aus, um Wanderwellen
so weit abzubauen, daß keine Gefahr für Reflexion besteht. Der Lichtbogen hat nun
noch solche Temperaturen an seinen Fußpunkten zur Folge, daß das Alkalisalz dort
zu metallischem Kalium reduziert wird, das wiederum das Salz des elektronenemittierenden
Metalls, z. B. des Thoriums, zu metallischem Thorium an den Fußpunkten reduziert.
Dadurch wird die Austrittsarbeit der Elektronen so weit verringert, däß der Spannungsabfall
an der Röhre auf weniger als 5 Volt sinkt.. Infolgedessen wird selbst bei hohen
Strömen die in der Röhre erzeugte Wärmemenge so klein, daß die Zünd- und Löschspannungen
sich nicht wesentlich ändern. Die Röhre, die besonders wirksam bei Wechselstrom
anwendbar ist, erlischt im nächsten Nulldurchgang des Stromes, die wiederkehrende
Spannungsspitze kann keine neue Zündung hervorrufen. Dadurch, daß die Emissionsschicht
die beschriebenen Veränderungen nur an den Lichtbogenfußpunkten erfährt, bleibt
die Röhre für eine sehr große Anzahl von Entladungen geeignet, da sich erfahrungsgemäß
heraus-,gestellt hat, daß der Lichtbogen an den Punkten, an denen er sich bereits
einmal ansetzte, nicht zum -zweiten Mal zum Entstehen kommt. Damit der Lichtbogen
keine Ansatzpunkte bevorzugt, die leicht zu heiß werden könnten, und die dann infolge
der entstehenden therinischen.Emission den Lichtbogen unter Wirkung der Betriebsspannung
neu zünden könnten, ist es zweckmäßig, die Emissionsschicht so anzuordnen, daß sie
alle metallischen Kanten, vorzugsweise aber die einander gegenüberliegenden Kanten
der Elektroden, bedeckt. Ferner ist es vorteilhaft, die Emissionsschicht mit einer
glatten Oberfläche auszurüsten, damit der Lichtbogenfußpunkt sehr schnell unter
der Wirkung seines eigenen magnetischen Feldes wandern kann und eine punktweise
Erwärmung verhindert. Die durch den Lichtbogen gebildete Stromschleife sucht sich
nämlich zu vergrößern. Wenn, wie bei Abb.2, dann nur die Innenfläche und die einander
genüberliegenden Kanten der Elektroden , geg von der Emissionsschicht bedeckt
sind, werden die Fußpunkte des Lichtbogens auf die freien Metallflächen abgedrängt,
und der Lichtbogen erlischt hier leichter.
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Infolge der hohen Energie, die die beschriebene Entladungsröhre abzuleiten
gestattet, kann der mit ihr in Serie liegende Ableitungswiderstand sehr klein gewählt
werden, selbst unter dem Wellenwiderstand der zu schützenden Leitung. Es ist bekannt,
daß hierbei der Ableiter seine günstigste Schutzwirkung besitzt.