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Elektrischer Gas- oder Dampfentladungsapparat Die Erfindung betrifft
einen elektrischen Gas-oder Dampfentladungsapparat, insbesondere einen niehrphasigen
Stromrichter.
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Es sind bereits elektrische Gas- oder Dampfentladungsapparate, insbesondere
auch mehrphasige Stromrichter bekanntgeworden, deren Wandungen abwechselnd aus nichtleitenden
und leitenden, gegebenenfalls als Elektroden dienenden Teilen bestehen, deren Verbindungsstellen
abgeschirmt sind. Diese Verbindungsstellen zwischen leitenden, insbesondere stromführenden
Teilen und Teilen aus Isolierwerkstoff bilden vielfach Ausgangsstellen für Störungen
im Betrieb elektrischer Entladungsapparate. An diesen Stellen setzen sich während
des Betriebes von Entladungsapparaten leicht Entladungen an, die zur Bildung von
Fehlelektroden anodischen oder kathodischen Charakters führen. An Stellen, an denen
sich solche Fehlelektroden ausbilden, werden alle Werkstoffe in verhältnismäßig
hohem Maße mechanisch, chemisch und elektrisch beansprucht. Bildet sich eine derartige
Fehlelektrode, beispielsweise an der Innenseite der Außenwandung von Entladungsapparaten,
so besteht die Gefahr, daß infolge der hohen Beanspruchung der hier liegenden Werkstoffe
Undichtigkeiten auftreten, die zu erheblichen Betriebsstörungen, namentlich auch
zur Außerbetriebssetzung der E ntladungsapparate, führen können. Bilden sich
derartige RhIelektroden an Innenteilen des Entladungsapparates hingegen aus, so
tritt mitunter eine Zerstäubung an den Stellen auf, an denen die Fehlladungen ansetzen.
Die Zerstäubungsprodukte wiederum führen zur Verunreinigung des Innern des Entladungsapparates
und erhöhen die Gefahr des Auftretens von Rückzündungen und Kurzschlüssen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindurg werden die erwähnten Nachteile behoben,
wenn man dafür sorgt, daß die aus keramischen Körpern bestehenden nichtleitenden
Wandungsteile an ihren Verbindungsstellen mit den leitenden Wandungsteilen Ausnehmungen,
insbesondere Ausdrehungen aufweisen, in. welche die Enden der leitenden Wandungsteile
derart eingreifen, daß die Verbindungsstellen durch die sie übergreifenden und mit
den leitenden Wandungsteilen einen schmalen Spalt bildenden Randteile der keramischen
Körper nach dem Innern des Entladungsgefäßes zu abgeschirmt sind. An den leitenden
Wandungsteilen können in an sich bekannter Weise die Randteile der keramischen Körper
übergreifende Schirme angebracht sein. Die leitenden Teile haben vorteilhaft einen
Überzug aus einem -Werkstoff, an dem der Kathodenfall einer Gasentladung höher ist
als unter gleichen Bedingungen an dem diesen Überzug tragenden leitenden bzw. stromführenden
Teil. Der Überzug kann aus einem Halbleiter, beispielsweise in an sich bekannter
Weise aus einer Graphitschicht bestehen, die vorteilhaft durch Aufwachsenlassen
aus einer Dampfphase hergestellt ist. Der als Überzug
dienende Halbleiter
kann auch aus hochschmelzendemWerkstoff, beispielsweise einem Nitrid, Borid,Karbido.
dgl.,oderaberauseinerMischung derartiger Stoffe untereinander oder mit anderen Stoffen
hergestellt sein. Es empfiehlt sich, die wenigstens z. T. Bestandteile der Gefäßwand
bildenden Anoden symmetrisch um eine-zylindrische und sich in der Gefäßachse erstreckende
Glühkathode anzuordnen. Die zylindrische und sich in der Gefäßachse erstreckende
Glübkathode kann von einer zylindermantelförmig ausgebildeten Anode, welche einen
Bestandteil der Gefäßwand bildet, konzentrisch umgeben sein, während die beiden
anderen Anoden parallel zu den Stirnseiten des Glühkathodenzylinders liegen. Auch
die den Stirnseiten des Glühkathodenzylinders zugeordneten Anoden bilden vorteilhaft
Bestandteile der Gefäßwand des Entladungsrohres (Deckel und Boden). Entladungsapparate
für Zwecke der Stromrichtung mit mehreren übereinanderliegenden ringförmigen leitenden
Wandungsteilen sind vorteilhaft so ausgebildet, daß diese Wandungsteile gleichzeitig
als Anoden benutzt sind.
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Die neue Ausgestaltung der Verbindungsstellen zwischen leitenden Teilen
und Teilen aus Isolierwerkstoff ermöglicht es, bei mehrphasigen Stromrichtern, die
beispielsweise mit Glühkathoden arbeiten, die Anoden symmetrisch um die räumlich
ausgebildete Glühkathode anzuordnen, da die Anoden hierbei wenigstens z. T. Bestandteile
der Gefäßwand bilden können. Ist die Glühkathode beispielsweise zylindermantelförmig
ausgebildet, so kann man eine Anode ebenfalls zylindermantelförmig ausführen und
einen Bestandteil der Gefäßwand bilden lassen. Die beiden anderen Anoden hingegen
legt man dann vorteilhaft parallel zu den Stirnseiten des Glühkathodenzylinders,
damit man Entladungen ohne ausgeprägte positive Säule und außerdem niedrige Zündspannung
erhält. Ein besonderer Vorteil in dieser Weise ausgestalteter und angeordneter Anoden
liegt auchdarin, daß man eine in hohem Maße wirksame Luftkühlung anwenden kann.
Natürlich kann man auch die den Stirnseiten des Glühkathodenzylinders zugeordneten
Anoden als Bestandteile der Gefäßwand des Entladungsrohres, beispielsweise als Deckel
oder Boden oder als Deckel und Boden ausbilden. Will man hiervon absehen, so kann
man die parallel zu den Stirnseiten des Glühkathodenzylinders liegenden Anoden mittels'
gegebenenfalls als Kühler ausgebildeter Stege an parallel zu dem vorerwähnten Anodenzylinder
liegende, einen Bestandteil der Gefäßwand bildende, zylindermantelförmige Bleche
anschließen. Verwendet man bei mehrphasigen Stromrichtern, beispielsweise 6phasigen
Stromrichtern, eine zentral angeordnete längliche Kathode, so kann man die Anoden
konzentrisch zu dieser legen. Die Anoden bilden dann eine der Phasenzahl entsprechende
Anzahl übereinandcrliegenclcr Blechringe, die Bestandteile der Stromrichtergefäßwand
bilden können. Die Übergangsstellen zwischen den Anoden und dem aus Isolierwerkstoff
bestehenden Wandteil kann man ebenso -wie die Übergangsstellen zwischen leitenden
und nichtleitenden Werkstoffteilen allgemein mittels Glas vakuumdicht verschmelzen.
Wesentlich ist es in jedem Falle, daß die eingangs erwähnten Schlitze an den Übergangsstellen
angebracht werden, um das Ansetzen von Fehlentladungen auszuschließen.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele dargestellt.
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Abb. i zeigt einen Längsschnitt durch ein neues Entladungsgefäß mit
Glühkathode, Abb. 9, eine andere Ausführungsform, Abb. 3 eine 6phasige
Ausführungsform, Abb. 4 eine Einzelheit aus den Abb. i bis 3.
Das Entladungsgefäß
i in Abb. i, dessen Glühkathode 2 im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist, besteht
aus den aus Keramik bestehenden Töpfen 3 und 4 und den aus Keramik bestehenden
Wandungen 5 und 6. Zwischen den Teilen 4 und 5, 5 und
6 und 6 und 3 liegen aus leitendem Werkstoff bestehende Ringe
7, 8 und g. Der Ring 8 ist als Anode ausgebildet, während die Ringe
7 und 9 über die Stege io, die gleichzeitig als Kühlfahnen ausgebildet
sein können, mit den Anoden ii und 12 verbunden sind, die parallel zu den Stirnseiten
der zylindrischen Glühkathode liegen. Die keramischen Teile 4, 5,
6
und 3 haben an den an die leitenden Teile 7,
8 und
9 grenzenden Rändern Aussparungen 13, die mit den Metallteilen tiefe und
schmale Schlitze bilden. Zur Dichtung zwischen Metallteilen und Keramik dienen die
aus Glasfluß bestehenden Teile 14. Die tiefen und schmalen i
Schlitze bei
den Aussparungen 13 dienen dazu, um für die Entladungsträger, namentlich
in der Sperrphase, einen hohen Diffusionswiderstand zu geben. Auf der Innenseite
der Anode 8 beispielsweise kann man einen Überzug (36) aus i einem
Halbleiter, beispielsweise aus Graphit, aufbringen.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 2 besteht das ganze Entladungsgefäß
aus den beiden keramischen Ringen 15 und 16. Die eine Anode i ist als Zylindermantel
ausgebildet und mit 17 bezeichnet, während die Anoden iS und ig als Boden und Deckel
des Gefäßes ausgebildet sind. Die Kathode 2o ist wiederum zylindrisch ausgebildet.
Zwischen der Kathode 2o und den i Anoden können sich ein oder mehrere Gitter zi
befinden.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 3 ist die Kathode stabförmig
ausgebildet. Die Anoden umgeben die Kathode 2:2 als übereinander- i liegende, konzentrisch
zur Kathodenachse liegende Ringe 23, 24, 2,5, 26, 27, 28 bei
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phasiger Ausführung. Die Ringanoden sind bei dieser Ausführungsform in ähnlicher
Weise mit den keramischen Zwischenteilen verbunden, wie bei der . Ausführungsform
nach Abb. i.
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Wie aus Abb. 4 ersichtlich, kann man den den Diffusionsspalt 29 enthaltenden
Teil der Verbindungsstelle zwischen leitendem Werkstoff 30
und Keramik 31
mittels eines Schirmes 32 abdecken.
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Bei den vorerwähnten Ausführungsbeispielen empfiehlt es sich, die
Metallteile jeweils auf die' angrenzenden Keramikteile aufzuschrumpfen. Die neue
Verbindungsart und namentlich die Verwendung von keramischen Grundplatten (Töpfen)
ist nicht nur für Entladungsapparate mit Metallgefäßen, sondern namentlich auch
für Entladungsapparate mit Glasgefäßen von praktischer Bedeutung. Besonders eignet
sich die neue Ausgestaltung auch bei gläsernen Stromrichtern. Die AusführungsfGrmen
nach Abb. i bis 3 haben den Vorteil, daß eine große Anzahl Anoden jeweils
in gleich kurzem Abstand von der Kathode untergebracht werden können, ohne daß sich
eine positive Säule ausbildet. Ein Erfolg dieser Ausgestaltung ist eine verhältnismäßig
niedrige Brennspannung. Dies ist namentlich bei der Verwendung der Entladungsapparate
für Scli-,#-ei13z-#vecke, beispielsweise in Schweißumformern, äußerst wertvoll.
Die Ausführungsform nach Abb - 3 ist in hohem Maße zur Anwendung von Luftkühlung
geeignet. Man kann diese Ausführungsform noch für Leistungen verwenden, bei denen
man bisher glaubte, Flüssigkeitskühlung nicht entbehren zu können. Die bessere -Maßhaltigkeit
bearbeiteter Keramik gegenüber Glas o. dgl. gestattet die wirtschaftliche Herstellung
ganz enger Spalte mit großer Genauigkeit. Es können beispielsweise besonders brauchbare
Spalte von etwa o,imm Weite in der beschriebenen Weise bei der neuen Anordnung noch
hergestellt werden. In jedem Falle erreicht man durch die neue Anordnung ein sicheres
Fernhalten von Sperrentladungen von der Grenze Metall und Nichtmetall. Die neue
Ausgestaltung ist namentlich für Gefäße mit mehr als ioo Volt Betriebsspannung von
größter Wichtigkeit. Es bedarf keines besonderen Hinweises, daß die neue Anordnung
nicht nur für Apparate in Frage kommt, die Außenelektroden haben, sondern allgemein
für Entladungsapparate aller Art mit mehr oder weniger großflächigen Elektroden.
Verbindet man die erwähnten Spalte mit Metallschirmen, die, wie aus -,#,bb. 4 hervorgeht,
die aus Nichtmetall bestehenden Wandungsteile übergreifen, so erhält man eine noch
größere Betriebssicherheit.
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Besondere Bedeutung haben elektrische Entladungsapparate nach der
vorliegenden ErfindunIg, wenn sie als steuerbare Stromrichter z . -ebildet
sind, als steuerbare Stromrichter, ausc, bei denen entweder isolierte leitende Wandungsteile
an Potentiale bestimmten Verlaufs angeschlossen werden, oder aber bei denen zur
Steuerung dienende Gitter, die zwischen den Hauptelektroden liegen, verwendet werden.
Die hohe mechanische Festigkeit des neuen Entladungsapparates und der Umstand, daß
keinerlei- Teile in dem Entladungsapparat zu sein brauchen, die Eigenbewegungen
auszuzuführen, macht den neuen Entladungsapparat besonders geeignet für die Verwendung
auf ortsveränderlichen Stromrichteranlagen, beispielsweise bei Verwendung als Gleichrichter
auf Fahrzeugen, Lokomotiven u. dgl. Es bedarf keines besonderen Hinweises, daß der
neue Entladungsapparat zur Herstellung von Stromrichtern (Gleichrichtern, Wechselrichtern
u. dgl.) der verschiedensten Art Verwendung finden kann. Die neuen Entladungsapparate
sind infolge des geringen Bedarfs an teueren Werkstoffen außerordentlich billig
in der Herstellung und angesichts ihrer hohen Lebensdauer auch äußerst wirtschaftlich
im Betrieb. Ihre hohe mechanische Widerstandsfähigkeit gestattet ihren unmittelbaren
Einbau in Geräte und Apparate, die von oder mit Hand bedient werden; ferner eignen
sie sich in besonderem Maße zur Verwendung bei Lichtbogenanlagen, Schweißanlagen
und für elektrolytische Zwecke. Für elektrolytische Zwecke sind sie namentlich deshalb
in besonderem Maße brauchbar, weil sie mit verhältnismäßig großen Strömen betrieben
werden können.