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Einrichtung zum Löschen eines in einem gas- oder dampfgefüllten Entladungsgefäß
brennenden Lichtbogens Es besteht bekanntlich das Bestreben, mit Hilfe des Steuergitters
in gas- oder dampfgefüllten Entladungsstrecken nicht nur eine Regelung des Zündzeitpunktes
der Entladung in der Entladungsstrecke, sondern auch ein Erlöschen der Entladung
zu schaffen. Zur Erreichung dieses Zieles wurde bereits vorgeschlagen, dem Steuergitter
eine hohe negative Stoßspannung aufzudrücken. Diesem Verfahren haftet jedoch der
Mangel an, daß es vielfach schwierig ist, mit einfachen Mitteln eine derartige hohe
Spannung in der Anlage zu erzeugen. Es wurde ferner der Vorschlag gemacht, das Gitter
an einer bevorzugten Stelle der Entladungsstrecke, und zwar möglichst in direkter
Nähe der Anode unterzubringen. Diese Einrichtung zeigt jedoch den Nachteil, daß
es sehr schwierig ist, das Gitter in dem erforderlichen kurzen Abstand von der Anode
während des Betriebes feststehend zu erhalten, da infolge der verhältnismäßig hohen
Temperaturen in der Nähe der Anode Verwerfungen der Gitterfläche, wenn nicht sogar
Zerstörungen der Gitterfläche eintreten können, die den verfolgten Zweck der Einrichtung
zunichte machen.
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Die vorliegende Erfindung zeigt nun einen vorteilhaften Weg, durch
den ein Erlöschen der Entladungen in gas- oder dampfgefüllten Entladungsgefäßen
ermöglicht wird, dem jedoch nicht die vorgenannten Nachteile anhaften. Die Erfindung,
besteht darin, daß in der Entladungsbahn nicht in unmittelbarer Nähe der Anode und
Kathode mindestens zwei Gitterflächen quer zur Entladungsbahn angeordnet sind, daß
der Abstand der beiden Gitterflächen voneinander gleich oder kleiner ist als die
Maschenweite jedes einzelnen Gitters, daß der Abstand der Gitterflächen außerdem
kleiner ist als die mittlere freie Weglänge der Ionen, und d,aß an diese Gitter
zwecks Löschung des brennenden Lichtbogens eine negative Spannung gelegt wird.
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Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß zwischen den in der Entladungsbahn
angeordneten Gitterflächen ein ionenarmer Raum geschaffen wird: Dies wird durch
besondere Bemessung des Abstandes der Gitterflächen voneinander und durch besondere
Bemessung der Maschenweite jedes einzelnen Gitters mit Bezug auf den Gitterabstand
erreicht. # Der Abstand der Gitterflächen ist erfindungsgemäß gleich oder kleiner
als die Maschenweite jedes einzelnen Gitters, und der Abstand der einzelnen Gitterstäbe
bzw. Gitterdrähte und somit auch der Abstand der
Gitterflächen voneinander
ist kleiner als die mittlere freie Weglänge der Ionen. Diese Mehrgitteranordnung
hat zur Folge, daß sich die infolge der negativen Ladung um die einzelnen Gitterstäbe
bildenden positiven Ionenschichten, d. h. die Raumschichten, in denen die die negativen
Elektronen abstoßende Wirkung der negativen Gitterstäbe noch wirksam ist, überschneiden.
Da die mittlere freie Weglänge der Ionen von dem Entladungszustand abhängt, richtet
sich auch die Bemessung der Maschenweite der Gitter und der Gitterabstände nach
der Belastung und dem Dampfdruck des Entladungsgefäßes.
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Die Erfindung sei an Hand der Fig. i und 2 näher erläutert.
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In der Fig. z seien die einzelnen Gitterstäbe bzw. Gitterdrähte der
Gitterfläche mit G bezeichnet. Es sei nur. angenommen, daß in der Entladungsstrecke
zwischen der Anode A und der Kathode K eine Entladung bestehe. Dem Gitter wird nun
eine negative Ladung aufgedrückt. Das hat zur Folge, daß sich um die einzelnen Gitterstäbe
Innenschichten bilden, die die negative Ladung des einzelnen Gitterstabes kompensieren.
Soll nun ein Erlöschen der Entladung eintreten, so müssen diese Innenschichten so
dick bzw. so groß «,erden, daß sie eine geschlossene Fläche bilden. Liegt jedoch
eine hohe Belastung der Entladungsstrecke vor und ist somit auch eine hohe Innenkonzentration
vorhanden, so ist auch eine hohe negative Ladung des Gitters erforderlich. Steigt
außerdem der Dampfdruck des Entladungsgefäßes auf hohe Werte an, so kann das durch
die negative Ladung des Gitters gebildete Sperrfeld durch Stoßionisation leicht
zusammenbrechen.
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Es ist ferner bei einer derartigen Gitterkonstruktion, wie sie in
Fig. i gezeigt ist, zu beachten, daß das Gitter nach beiden Richtungen hin, also
sowohl nach der Anode als auch nach der Kathode hin, seine Wirkung in bezug auf
Bildung einer Innenschicht ausüben muß, da von beiden Seiten her positive Ionen
zur Kompensation seiner negativen Ladung auf das Gitter hinströmen. Alle diese Gesichtspunkte
lassen eine derartige Anordnung für den Zweck des Erlöschens einer Entladung in
einer gas- oder dampfgefüllten Entladungsstrecke ungeeignet erscheinen.
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In Fig.2 ist eine Einrichtung gemäß der Erfindung dargestellt. Die
Anode ist wiederum mit A und die Kathode mit K bezeichnet. Der Gitterkörper besteht
jedoch aus zwei Gitterflächen G1 und G2. Erhält dieser Körper, d. h: die beiden
Gitterflächen, eine negative Ladung, so tritt ebenfalls eine Bildung von positiven
Innenschichten ein. Jedoch ist die Form der Innenschichten nicht mehr die gleiche
wie bei dem Gitter nach Fig. i, sondern beispielsweise die Schicht des oberen Gitters
erhält nach der unteren Gitterfläche hin eine ovale Ausbuchtung, die zugleich einen
größeren Raum einnimmt als .die im Falle der in Fig. i gebildeten Ionenschicht.
Das gleiche gilt für die von der unteren Gitterfläche G= gebildete Zonenschicht.
Diese Verformung der Iorien.schicht kommt daher, weil nun jede einzelne Gitterfläche
ihre Wirkung nur mehr nach einer Seite, also die untere Gitterfläche nach der Kathodenseite
hin und die obere Gitterfläche G1 nach der Anodenseite hin ausfiben muß. Durch die
Veränderung der Form der Innenschicht infolge der Abschirmung der Gitterstäbe der
benachbarten Gitterfläche durch die Gitterstäbe des ersten Gitters bildet sich nun
ein innenarmer Raum. zwischen den beiden Gitterflächen, so daß die negative Gitterladung
nicht mehr durch die Ionen kompensiert wird und daher die Entladung in der Entladungsstrecke
zum Erlöschen kommt.
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In Fig. 2 sind die beiden Innenschichten gestrichelt, und der von
den beiden Schichten umfaßte ionenarrne Raum ist mit einer stark ausgezogenen Linie
umrandet.
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Der Abstand der beiden Gitterflächen zueinander ist, wie oben bemerkt,
gleich oder kleiner als die Maschenweite jedes einzelnen Gitters. $ei der Bestimmung
der Maschenweite des einzelnen Gitters ist zu beachten, daß die mittlere freie Weglänge
der Ionen im Vergleich zu der Maschenweite groß gehalten werden muß, da sonst durch
Diffusion Ladungsträger in die abgeschirmten Gebiete gelangen können. Bei normalen
Belastungszuständen und einem normalerweise vorhandenen Dampfdruck im Entladungsgefäß
kann dieser Abstand bis zu i cm betragen, so daß die Herstellung von Gittern gemäß
der Erfindung ohne weiteres möglich und ihre Haltbarkeit während des Betriebes des
Entladungsgefäßes gewährleistet ist.
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Es ist gleichgültig, ob die Gitterflächen aus Stäben, Drähten oder
Blechen mit rundem oder länglichem Querschnitt hergestellt sind und ob zwei oder
mehrere Gitterflächen vorgesehen werden.
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Es sei darauf hingewiesen, daß es sich gegenüber den bekannten Vorschlägen
zur Erreichung des gleichen Zieles bei der vorliegenden Erfindung um bedeutend geringere
Spannungen handelt, die dem Gitter aufgedrückt werden, und ferner, daß sich der
Einbau dieser Gitterkörper bzw. ihr Anschluß an eine äußere Steuerspannungsquelle
dadurch bedeutend vereinfacht, daß die beiden Gitterflächen innerhalb der Entladungsstrecke,
also beispielsweise im Anodenarm oder im Anodenschutzrohr bei mehranodigen Entladungsgefäßen
galvanisch ohne Zwischenschalten
einer Spannungsquelle miteinander
verbunden werden können und deshalb nur eine Anschlußleitung von jedem Gitterkörper
nach außen geführt zu werden braucht, wie in Fig. z durch die Verbindungsleitung
R gezeigt ist.
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Es sei noch bemerkt, daß die in Fig. a\dargestellte Gitterkonstruktion,
bei der erfindungsgemäß die Gitterstäbe bzw. Gitterdrähte einer der Gitterflächen
zu denen der nächstgelegenen so angeordnet sind, daß sich die Gitterstäbe bzw. Gitterdrähte
überdecken, dadurch besonders vorteilhaft ist, weil sie keine wesentliche Erhöhung
der Brennspannung der Entladungsgefäße zur Folge hat. Der Durchtritt der Entladungsträger
durch die Maschen der Gitterflächen geht bei nicht negativem Gitter vollkommen ungehindert
vor sich, da keine Überlappung der Maschen einer Gitterfläche durch die Gitterstäbe
der nächstfolgenden Gitterfläche vorhanden ist.
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Es sei darauf hingewiesen, daß die vorliegende Einrichtung zur Löschung
von Entladungen in gas- oder dampfgefüllten Entladungsgefäßen sowohl als Schalter
in Gleichstromkreisen als auch zur Regelung des Löschzeitpunktes in Gleich-, Wechsel-
oder Umrichteranordnungen benutzt werden kann. Zur Regelung des Leistungsfaktors
ist es ferner wünschenswert bzw. erforderlich, eine Voreilung des Stromes vor der
treibenden Spannung (Lieferung von kapazitiven Blindströmen) zu schaffen; auch diese
Aufgabe kann mit Hilfe der Einrichtung gemäß der Erfindung auf vorteilhafte und
einfache ZVeise gelöst werden.