-
Elektrisches, gasgefülltes Entladungsgefäß mit kalten Elektroden,
insbesondere für die Zwecke des überspannungsschutzes Zum Zwecke des Überspannungsschutzes
werden in vielen Fällen elektrische Entladungsgefäße mit kalten Elektroden verwandt.
Derartige Entladungsgefäße haben die Aufgabe, bei Überschreiten einer vorgeschriebenen
Spannung einen Parallelstromkreis zu der zu schützenden Einrichtung derart zu schließen,
daß an der zu schützenden Einrichtung nur die zulässige Spannung liegt. Sie werden
nach Eintreten der überspannung so lange belastet, bis entweder die Spannung wieder
auf den normalen Wert zurückgegangen ist oder die Überspannungs- bzw. Über-Stromschalter
abgeschaltet haben. An diese Entladungsgefäße sind daher wesentlich zwei Forderungen
zu stellen: i. Sie müssen stets bei einer vorgegebenen Spannung ansprechen. a. Sie
müssen wenigstens für kurze Zeit einen Strom übertragen können, der einen sicheren
Schutz der zu schützenden Anlage gewährleistet. Die erfindungsgemäße Anordnung erfülle
diese beiden Forderungen in besonderem Maße.
-
Gemäß der Erfindung wird die Einrichtung so getroffen, daß wenigstens
eine der vorzugsweise scheibenförmig ausgebildeten Elektroden mit mehreren im Vergleich
zur Scheibenfläche engen Bohrungen versehen ist, die mit den Kathodenfall erniedrigenden
bzw. Elektronen emittierenden Substanzen gefüllt sind und deren Öffnungen in den
Raum zwischen den Elektroden münden.
-
Es sind Entladungsröhren bekanntgeworden, bei denen eine der Elektroden
als verhältnismäßig weiter Hohlraum ausgebildet ist und dieser Hohlraum mit elektropositivem
Metall ausgefüllt ist, das die Möglichkeit haben soll, zu verdampfen.
-
Bei der vorliegenden Erfindung kommt es demgegenüber darauf an, die
mit emittierendem Material versehene Elektrode gerade so zu gestalten, daß das emittierende
Material in möglichst geringem Maße verdampft und die Elektrode bzw. die gesamte
Entladungsröhre imstande ist; möglichst große Stromstärken zu führen, und zwar bei
großer Lebensdauer. Das emittierende Material ist zu diesem Zwecke in einer Anzahl
von Bohrungen einer Scheibe untergebracht, und die Fläche der-einzelnen Bohrungen
(Querschnitt) ist dabei klein gegenüber der gesamten Scheibenfläche gewählt. Das
emittierende Material hat in den engen Bohrungen einen festen Halt und ist in geringem
Maße der Verdampfung ausgesetzt. Tritt aber eine gewisse Verdampfung oder Zerstäubung
des emittierenden Materials an seiner Oberfläche ein, so bleibt trotzdem eine feste
emittierende Fläche
erhalten, und zwar infolge der Tiefe der Bohrungen.
Das emittierende Material wird des weiteren sehr wesentlich dadurch herabgesetzt
bzw. verhindert, daß die verhältnismäßig großflächige und großmassige Scheibe in
wirksamer Weise die Wärme abstrahlt und daher die Emissionszentren wirksam kühlt
(Selbstkühlung). Mittels der erfindungsgemäßen Elektrode bzw. Entladungsröhre können
daher unverhältnismäßig große Ströme .abgeleitet werden bei großer Lebensdauer und
ohne daß, selbst im Laufe sehr langer Zeit, nennenswerte Veränderungen der Charakteristik
der Röhre eintreten.
-
Die Abbildung zeigt ein erfindungsgemäßes Entladungsgefäß. Der Glaskörper
i, der beispielsweise aus Borsilikatglas hergestellt sein kann, besitzt_-den nach
innen führenden Einschmelzteil 2. In die Einschmelzstelle 3 dieses Stieles sind
die Stromeinführungen q. eingeschmolzen. Diese Stromeinführungen bestehen an der
Einschmelzstelle zweckmäßig aus Wolfram, da sich dieses leicht mit Borsilikatglas
verschmelzen läßt. Zur Erniedrigung des inneren Widerstandes ist es zweckmäßig,
den nicht innerhalb der Glaseinschmelzung befindlichen Teil der Einführungen aus
Kupfer herzustellen. Ist das Entladungsgefäß mit einer Atmosphäre von Quecksilberdampf
gefüllt, so wird dieses Kupfer mit Eisen, Nikkel, Chrom o. dgl. überzogen, um ein
Amalgamieren zu verhindern. Die Stromeinführungen q. tragen mittels gabelförmiger
Halter 5 die Elektroden 6 und 7. Die Elektrode 6 ist im Schnitt gezeichnet. Sie
besteht aus dem eigentlichen Elektrodenkörper 8 und einer auf der der Gegenelektrode
abgewandten Seite gegengedrückten oder gegengeschraubten Platte g. Die Elektrode
8 ist beispielsweise eine starke Kupferscheibe, die mit Bohrungen io versehen ist.
Die der Gegenelektrode zugewandten Öffnungen dieser Bohrungen haben einen Durchmesser,
der kleiner als die Tiefe der Bohrung ist. Die Bohrungen sind mit einem Material
gefüllt, daß eine niedrige Austrittarbeit für Elektroden hat, beispielsweise mit
einer Mischung von Alkalisalzen oder Erdalkalioxyd. Auf der der Gegenelektrode abgewandten
Seite sind diese Öffnungen durch die Platte g geschlossen. An Stelle dessen ist
es auch möglich, die Bohrungen.nicht durch die ganze Platte hindurchzuführen. Auch
die Elektrode 7 kann in derselben Weise ausgebildet sein. Beide Elektroden stehen
sich in geringem Abstande gegenüber. Das Entladungsgefäß ist zweckmäßig mit einem
weder das Efektrodenmaterial noch die Emissionssubstanz angreifenden Gase, beispielsweise
einem Edelgas, Stickstoff, Quecksilberdampf o. dgl., von geignetem Druck gefüllt.
Der Druck wird in der Mehrzahl der Fälle zwischen 2o und zoo mrr Quecksilbersäule
zu wählen sein. Werden die erfindungsgemäßen Entladungsgefäße in Massenfabrikation
hergestellt, so erscheint es wünschenswert, den Gasdruck und dadurch die Entladungsspannung
nachträglich beeinflussen zu können. Es kann das beispielsweise dadurch geschehen,
daß in dem Sockel des Entladungsgefäßes ein ein inertes Gas abgebendes Material,
z. B. Natriumacid, angeordnet wird. Aus diesem wird durch Erwärmen Stickstoff frei
und der Gasdruck kann leicht durch längeres oder kürzeres Erwärmen reguliert werden.
-
Tritt zwischen den beiden Elektroden eine für das zu schützende Netz
unzulässige Spannung auf, so entsteht zwischen den Elektroden eine Entladung. Diese
Entladung setzt an den Punkten an, an denen die niedrigste Austrittsarbeit herrscht,
d. h. an den Öffnungen der Bohrungen io, da diese Bohrungen mit einer Elektronen
emittierenden Masse gefüllt sind. Die bei der Entladung frei werdende Wärme wird
von dem benachbarten Kupfer aufgenommen, und die Kupfermasse ist so groß zu wählen,
daß ihre Wärmekapazität groß genug ist, um bei der zu erwartenden Entladungsstärke
und Entladungsdauer eine unzulässige Erwärmung zu verhindern. Bei der Entladung
wird ein Teil .des Elektronen emittierenden Materials verdampfen, und der Ansatzpunkt
der Entladung wird tiefer in die Bohrungen hineinwandern. Es besteht dabei keine
Gefahr, .daß das Kupfer von der Entladung angegriffen wird. Die den Kathodenfall
bedingenden Ionen werden sich infolge ihrer geringen Wanderungsgeschwindigkeit vorwiegend
in den Öffnungen ansammeln. Es entsteht daher an diesen Stellen stets der stärkste
Kathodenfall, so daß die Entladung sich auf diese Gebiete beschränken wird. Um diesen
Effekt von Anfang an zu erzielen, kann es zweckmäßig sein, die Bohrungen nicht vollständig
mit dem Elektronen emittierenden Material zu füllen. Die Anordnung der Emissionssubstanz
in Bohrungen und das enge Gegenüberstellen der Elektroden bewirken, daß ein Entweichen
von verdampfender Emissionssubstanz aus dem nutzbaren Raume weitgehend vermieden
wird. Um die Glaswand gegen . Einflüsse der Entladurk zu schützen, kann in geeigneter
Weise ein Schutzschirm vi, der von einer den Stiel :2 umgebenden Schelle 1ä getragen
wird, vorgesehen werden.
-
Es ist naturgemäß auch möglich, die Elektroden in anderer Weise anzuordnen
und auszubilden. Beispielsweise wird es in vielen Fällen zweckmäßig sein, den Elektroden
die Form von Zylindern zu geben und dabei die Emissionssubstanz in Bohrungen oder
.ausgedrehten
Ringen eines inneren Zylinders unterzubringen, der
von einem als Gegenelektrode dienenden äußeren Zylinder umgeben wird.