DE625971C - Gas- oder dampfgefuelltes gesteuertes Schaltrohr - Google Patents

Description

Es ist bekannt, einen Wechselstrombogen im Vakuum dadurch zu steuern, daß in der Entladebahn zwischen Kathode und Anode eine metallische Elektrode (Gitter oder Außenbelegung) eingeschaltet wird, deren Potential variiert wird. Nimmt man als Kathode eine ständig Elektronen emittierende Vorrichtung, beispielsweise eine Glühkathode in einer Edelgasatmosphäre oder die Kathode eines ständig brennenden Quecksilberbogens, so kann eine Entladung nach der Hauptanode durch das Gitter nur dann gezündet werden, wenn diese Steuerelektrode ein gegenüber der Kathode genügend positives Potential hat.

Ist eine solche Entladung einmal eingetreten, so bleibt sie bestehen und kann durch Variation des Gitterpotentials nicht mehr beeinflußt werden; lediglich die Zündung der Entladung wird durch die Steuerelektrode beeinflußt. Die auf diese Weise eingeleitete Bogenentladung bleibt so lange bestehen, bis die Spannung zwischen den Hauptelektroden durch irgendein Mittel für eine gewisse Zeit (mindestens einige io~⁶ Sek.) so weit abgesenkt worden ist, daß eine Bogenentladung nicht mehr bestehen kann. Nach dieser Zeitspanne kann die Anodenspannung wieder hohe Werte annehmen, ohne daß eine Entladung neu zündet, falls das Steuergitter ein genügend negatives Potential hat.

Es ist ferner bekannt, eine derartige Anordnung zum Steuern von Wechselstrombogenentladungen zu verwenden. Dies geschieht in der Weise, daß der Augenblick der Wiederzündung in jeder Halbwelle durch das Potential der Steuerelektrode bestimmt wird; das Wiedererlöschen des Bogens geschieht dann automatisch beim Spannungsnulldurchgang. Da man den Zeitpunkt des Entladungsbeginns in jeder Halbwelle durch Wahl des Gitterpotentials beliebig wählen kann, brennt der Bogen also nur während beliebig einstellbarer Bruchteile einer Halbwelle, dann allerdings mit einer nur vom Außenkreis, nicht vom Gitterpotential abhängigen Stärke. Nur der Mittelwert des Stromes über eine Periode ist also beliebig einstellbar.

Gemäß der Erfindung wird nun eine gleichartige Steuercharakteristik von gas- oder dampfgefüllten elektrischen Entladungsröhren, die eine Hauptentladung und eine dauernd brennende Hilfsentladung· aufweisen, dadurch erreicht, daß im Hauptentladungsweg des Rohres eine Sperrzone, z. B. ein negativ aufgeladenes Gitter, angebracht ist und zur Einleitung der Hauptentladung die Sperrwirkung des Gitters durch ein Magnetfeld, das im wesentlichen senkrecht zu der Bahn der Hilfsentladung liegt, aufgehoben wird. Diese Anordnung gemäß der Erfindung weist außer ihrer günstigen Verwendungsmöglichkeit für die Regelung der elektrischen, gas- oder dampfgefüllten Entladungsgefäß en entnommenen Spannung· bzw. Leistung insbesondere den Vorteil auf, daß mit ihr auf verhältnismäßig einfache Weise eine stets betriebssicher wirkende Einrichtung zum Ein- und Ausschalten von Stromkreisen gewonnen wird. Für diesen

Zweck steht vielfach ohne weiteres ein veränderliches. Magnetfeld. zur. Verfügung, oder es kann leicht durch die Anordnung und Betätigung eines- Eisenkernes .in einer Spule gewonnen werden. Durch die Einrichtung gemäß der Erfindung wird in diesem Falle die Verwendung von Schaltern erübrigt, die bekanntlich zu mannigfachen Betriebsstörungen der Schalt- und Regeleinrichtungen Anlaß ίο geben.

Zur näheren Veranschaulichung der Erfindung dient die schematische Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt, ist.

An die mit ι und 2 bezeichneten Hauptelektroden wird eine Wechselspannung gelegt, deren Frequenz für das. folgende gleichgültig ist. Der Strom zwischen diesen Elektroden soll gesteuert werden, und zwar in einer der obengenannten analogen Charakteristik. Zu diesem Zweck, wird ein Hilfslichtbogen zwischen den beispielsweise aus Quecksilber bestehenden Elektroden 2 und 3 ständig erhalten, der einer Gleichstromquelle 7 entnommen wird und durch einen Vorschaltwiderstand 8 auf so kleine Stromwerte begrenzt wird, daß der Bogen zwischen den Elektroden 2 und 3 gerade noch mit Sicherheit erhalten wird. Damit durch diese Bogenentladung nun nicht wie bei den bekannten Anordnungen auch die Hauptentladung zwischen 1 und 2 ohne weiteres gezündet wird, ist in die Bahn des ' Hauptbogens ein Steuerkörper, in dem Ausführungsbeispiel ein Gitter 4, eingeschaltet. Diese Hilfselektrode hat ein genügend negatives Potential, so daß die aus der Hilfsentladung stammenden Elektronen nicht nach der Anode 1 gelangen können und somit nicht nach dorthin eine Entladung einleiten. Das Potential dieses Gitters kann konstant sein, wie in der Fig. 1 angegeben ist, wo es aus einer Batterie 6 über einen Strombegrenzungswiderstand 5 entnomm'en ist. Das Potential dieses Gitters 4 braucht aber nicht konstant zu sein; es ist nur erforderlich, daß es in allen Augenblicken, in denen die Hauptanode ι positiv ist, in denen also an sich ein Bogen zwischen den Elektroden 1 und 2 möglich wäre, so starke negative Werte erhält, daß die Entladung zwischen den Elektroden 2 und 3 nicht nach der Anode ι übergreifen kann. Es ist also beispielsweise auch möglich, die Elektroden 2 und 4 an die Sekundärseite eines Transformators zu legen, dessen Primärseite zwischen den Elektroden 1 und 2 liegt, so daß an bei den Elektroden eine phasengleiche Wechselspannung liegt. Es müssen in diesem Fall die Anschlüsse nur derart gewählt werden, daß das Gitter 4 in den Halbwellen negatives Potential gegen die Elektrode 2 hat, in denen die Anode 1 ein positives Potential gegen die Elektrode 2 hat. Die Entladung wird ohne die nachstehend näher erläuterte Erfindung also unter allen Umständen nicht nach der Anode 1 übergreifen können.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Sperrwirkung eines beliebig stark negativen Gitters augenblicklich dann aufgehoben wird, wenn die Gase der Umgebung des Gitters genügend stark isoliert werden. Gemäß der Erfindung wird demgemäß die Sperrwirkung des Gitters 4 nicht durch Potentialänderungen aufgehoben, sondern durch starke Ionisierung der Umgebung des Gitters durch ein Magnetfeld.

Daß die Sperrwirkung negativ geladener Gitter in hochionisierten Gasen aufgehoben wird, ist eine Folge der sich um jedes negative Potential herumlagernden Schichten positiver Ionen (Langmuir-Schichten), in denen die negative Ladung eines eingebrachten Gitters bereits in sehr kurzen Abständen abgeschirmt wird. Die Größe dieser Abstände ist eine eindeutige und exakte berechenbare Funktion der Ionisierungsdichte des um- ⁸S gebenden Gases, und zwar sind diese Abstände um so größer, je kleiner die Ionisationsdichte ist. Innerhalb dieser Langmuir-Schichten wirkt ein negatives Gitter sperrend, genau wie es aus Hochvakuumsteuerröhren bekannt ist; außerhalb der Langmuir-Schichten brennt die Entladung, als sei ein negatives Gitter nicht vorhanden. Es ist leicht, die Maschenweite und das Potential eines Steuergitters so zu wählen, daß in schwach ionisierten Gasen die Langmuir-Schichten dicker sind als die Maschenweite des Steuergitters; in diesem Falle wird die Sperrwirkung des Gitters durch die Langmuir-Schich·· ten stark beeinflußt, und das Gitter sperrt. In hochionisierten Gasen dagegen ist die Maschenweite größer als die Dicke der Langmuir-Schichten, so daß durch diese die Einwirkung des Gitters auf die Entladung vollkommen aufgehoben wird und das Gitter also in keiner Weise auf die Entladung ändernd wirkt.

Die Veränderung der Ionisierungsdichte in der Umgebung des Steuergitters wird nach der Erfindung durch ein Magnetfeld erreicht, n₀ durch dessen variable Intensität der zwischen den Elektroden 2 und 3 brennende Hilfsbo'gen mehr oder weniger gegen die Steuerelektrode 4 geblasen wird.

Es ist möglich und in Versuchen bestätigt, n₅ daß die Entladung zwischen den Elektroden 1 und 2 in dem gleichen Augenblick zündet, in dem durch das senkrecht zur Zeichenebene stehende Magnetfeld der Bogen auf das Sperrgitter 4 gelenkt wird, und daß der Wechselstrombogen zwischen den Elektro- ■ den ι und 2 erlischt, d. h. nicht wieder neu

zündet, wenn bei Umkehr des Magnetfeldes der Bogen der Elektroden 2, 3 an die gegenüberliegende Glaswand gedrückt wird. Nimmt man zur Erregung des Magnetfeldes einen Wechselstrom gleicher Frequenz wie die an den Elektroden 1 und 2 liegende Wechselspannung, so läßt sich der Augenblick des Zündens im Wechselstromkreis zwischen den Elektroden 1, 2 durch Vieränderung der Phasenverschiebung zwischen Magnetfeld und Spannung beliebig einstellen; es wird damit eine Steuerung des Mittelwertes und des Bogenstromes 1, 2 möglich in der gleichen Weise, wie es bei der gittergesteuerten Gas- oder Dampf entladungsstrecke bekannt ist.

Nach dem neuen Steuerverfahren ist die Steuerung durch das Magnetfeld möglich. Das hier angegebene Schaltrohr mit magnetischer Steuerung läßt sich in allen Schaltungen anwenden, die bisher für die elektrostatisch gesteuerte Gas- oder Dampfentladungsstrecke entwickelt wurden. Insbesondere sind sämtliche bisher bekanntgewordenen Wechselrichterschaltungen ohne weiteres übertragbar; in allen diesen Fällen ist es nur notwendig, statt der steuernden Spannung zwischen Kathode und Steuergitter einen steuernden Strom durch die Magnetwicklungen anzuwenden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Steuerung von gas- oder dampfgefüllten Schaltröhren mit einer Hauptentladung und einer dauernd brennenden Hilfsentladung, dadurch gekennzeichnet, daß im Hauptentladungsweg eine Sperrzone, insbesondere ein negativ aufgeladenes Gitter, angebracht ist, und daß zur Einleitung der Hauptentladung die Sperrwirkung des Gitters durch ein Magnetfeld aufgehoben wird, das im wesentlichen senkrecht zu der Bahn der Hilfsentladung liegend diese durchsetzt.

2. Steuerung von Schaltröhren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phase des Magnetfeldes gegenüber der an der Anode der Hauptentladung angelegten Wechselspannung regelbar ist.

3. Steuerung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Röhre mit metallischem Außenbelag als Sperrgitter.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen