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Mit einer oder mehreren Eintrittsöffnungen geringer Weite versehene
Anodenhülse, . Anodenkammer oder ähnliche, die Anode umhüllende Einbaute für Entladegefäße
mit verdünnter Gasfüllung, insbesondere Quecksilberdampfgleichrichter oder Glühkathodengleichrichter
Die Erfindung richtet sich auf eine die Anode umhüllende Einbaute, insbesondere
für Quecksilberdampf- oder Glühkathodengleichrichter.
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Derartige Einbauten pflegt man mit einer ,engen Durchtrittsöffnung
zu versehen, ohne d.aß man, aber bisher erkannt hat, daß nur eine ganz bestimmte
Wahl der Hülsenlänge und der Größe ihrer Eintrittsöffnung in Anpassung ,an den Dampfdruck
günstige Entladungsverhältnisse ergibt.
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Im Hinblick hierauf kennzeichnet sich die Erfindung wesentlich dadurch,
daß die Länge der Anodenhülse und die Größe ihrer Eintrittsöffnung bei im wesentlichen
konstantem Betriebsdampfdruck derart gewählt sind, daG im Innern der Anodenhülse
keine Zwischenkathode ,auftritt -und die Anode mit einem Anodenfall in der Nähe
des Wertes Null arbeitet.
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Weitere Merkmale richten sich auf die Beeinflussung der Lichtbogencharakteristik.
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht.
Es bedeutet darin A die Anode, H die sie umgebende Hülse,, O die Hülsenöffnung
für den Stromaustritt nach der Kathode bzw. den Elektroneneintritt nach der Anode,
S eine in die Anode eingesetzte Sonde. Zur Erläuterung sei ,angenommen, daß die
Öffnung der Hülse verändert werden kann, z. B. ähnlich wie die Irisblende eines
Photographenapparates. Wenn diese öffnung ganz klein gestellt ist, so muß in der
engen Durchtrittsöffnung das Gas sehr stark ionisiert sein, damit es Beine genügende
Leitfähigkeit hat für die hohe Stromdichte, welche in dem :engen Querschnitt vorhanden
ist. Diese starke Ionis.atio:n wird durch eine sog. Zwischenkathode erzeugt, die
sich vor der engen öffnung ausbildet in dem Gebiet, wo die von. der Kathode herkommenden
Elektronen konzentrisch auf die senge öffnung zu laufen. Die Elektronen, welche
das Spannungsgefälle dieser Zwischenkathode durchlaufen haben, schießen als langsame
Kathodenstrahlen in den Innenraum der Hülse und stoßen dort mit Gasteilchen zusammen.
Durch solche Zusammenstöße wird das Gas im Innern der Hülse ionisiert. Die von der
Hülsenöffnung herkommenden Kathodenstrahlen erzeugen also in der Hülse Sekundärelektronen,
die in ungeordneter Bewegung sind. Bei enger Hülsenöffnung sind die primären Kathodenstrahlen
genügend schnell, um eine sehr dichte Atmosphäre von Sekundärelektronen zu erzeugen.
Das Gas im Innern der Hülse hat dann eine sehr hohe Leitfähigkeit, und durch die
ungeordnete Be-
weg ung der Sekundärelektronen treffen viel
mehr Elektronen auf die Anode auf, als mit dem von ;außen der Anode zugeführtien
Strom, der ungefähr mit dem von der Zwischen; kathode herkommenden Primärelektro
strorn übereinstimmt, verträglich ist.. Anode muß sich daher bis zu einem sol Betrage
negativ aufladen, daß der überschuä der .auf sie auftreffenden Elektronen zurückgeworfen
wird und nur so viel von ihr gesammelt werden, als nötig sind, um den von außen
zugeführten Strom zu decken. Die Anode arbeitet also bei sehr enger Hülsenöffnung
mit einem stark negativen Anodenfall; der uni so größer ist, je enger die Hülsenöffnun,g
gemacht wird. Im Anodenfall ist hier immer die der Austrittsarbeit aus dem Anodenmaterial
entsprechende Wiedervereinigungsenergie der Elektronen nicht inbegriffen.
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Macht man. nun die Hülsenöffnung nach und nach weiter; so ;geht die
Dichte deT Sekundärelektronen zurück, der negative Anödeafäll wird kleiner und nähert
sich schließlich dem Werte Null, der in dem Momenterreicht ist, wo alle auf die
Anode auftreffenden Elektronen von dieser absorbiert werden müssen, um den von außen
zugeführten Strom zu decken. Macht man die Hülsenöffnung noch weiter, so bildet
sich ein positiver Anodenfall, der schließlich so groß wird; daß in der Nähte der
Anodenoberfläche eine weitere Zwischenelektrode entsteht.
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Mit einer in die Anode eingesetzten Sonde S, deren aktive Oberfläche
in der Anodenoberfläche liegt, kann man erkennen, ob die Hülsenöffnung derart eingestellt
ist, daß die Anode mit dem Anodenfall Null oder in der Nähe dieses Zustandes arbeitet.
ES kannauch irgendeine andere geeignete von den in der Literatur biekanntgewordenen
Sondenmethoden dazu verwendet werden. In der Nähe soll heißen; däß der noch vorhandene
Anodenfall klein sei im Vergleich zu der negativen Spannung, auf welche die Sonde
sich im stromlosen Zustand gegenüber dem Raum aufladet.
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Es hat nun große Vorteile; die Anode in der Nähe des Anodenfalls Null
arbeiten zu lassen. Ist der Anodenfall positiv, so hat das eile zusätzliche Erwärmdng
der Anode zur Folge, indem die Sekundärelektronen vor Erreichen der Anodenoberfläche
noch einmal beschleunigt werden. Ist der Anodenfall so stark positiv, daß in der
Nähe der Anodenoberfläche neuerdings ionisiert wird, so bildet sich dort eine zweite
Zwischenkathode aus, was außerdem eine erhöhte Ionendichte an der Anodenoberfläche
und eine Beeinträchtigung der Ventilwirkung zur Folge hat. Ist der Anodenfall nennativ,
:so ist das von Nachteil, weil wieder die Ionendichte, die ja mit der Elektronendichte
nahe übereinstimmen muß, größere Werte annimmt als beim Anodenfall Null. Die logendichte
vor :der Anode durchläuft also bei veränderlichem 4nödenfall in. der Nähe des Anodenfalls
Null n@en kleinsten Wert. Durch genügende negax.a e Aufladung der oben angegebenen
SondeS 'kann; das nachgewiesen werden, indem der positive Ionenstrom, der von der
negativ geladenen Sonde aufgenommen wird, die lonendichte mißt. Bei stark negativem
Anodenfall hat man feiner mit einer erheblichen Erwärinung der Anode zu rechnen
wegen der Beschleunigung rund der Rekombnationsenergie der von der Anöde eingefangenen
positiven Ionen. Jedoch ist, ausgehend vom Anodenfall Null, die Zunahme der Erwärmung
für positiven Anodenfall stärker als für negativen Anodenfall. Bei schwach negativem
Anodenfall macht sich eine Mehrerwärmung gegenüber dem Zustand mit Anodenfall Null
noch kaum bemerkbar. -Arbeitet die Anode in der Nähe des Anodenfalls Null, so hat
das den weiteren Vorteil, daß die Stromaufnahme .an der Anodenoberfläche gleichmäßiger
@geschieht und weniger Gefahr besteht, daß bei hohen Stromstärken der Mchtbogenansätz@
an der Anode sich zusammenzieht und lokal sehr hohe I#onendichten zur Folge hat,
wie das bei Ausbildung einer Zwischenkathode an der Ano,denoberfläche der Fall ist.
Es zeigt sich ferner, daß durch Vermeiden dieser Zwischenkathode an der Anodenoberfläche
die negative Charakteristik des Lichtbogens in eine positive umgewandelt wird, was
für die Stabilität der Entladung und bei Parallelbetrieb mehrerer Apparate von Nutzen
ist.
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Die Verengung der Anodenhülse hat natürlich nur dann. die hier beschriebene
günstige Wirkung, wenn der Gasdruck der . Hülsenlänge oder umgekehrt die Hülsenlänge
-dem Gasdruck angepaßt sind. Bei zu großer Hülsenlänge oder zu hohem Gasdruck erzeugen
die Primärelektronen wohl eine Zone hoher Leitfähigkeit im Innern der Hülse in der
Nähe .der Öffnung, aber diese Zone reicht nicht bis zur Anode, so daß im Innern
der Hülse trotz einer engen Eintrittsöffnung sich -eine weitere Zwischenkathode
,ausbilden muß. Sind umgekehrt die Hülsenlänge zu kurz oder der Gasdruck zu niedrig,
so erfahren die Primärelektronen nicht genügend Zusammenstöße mit Gasteilchen, um
eine Atmosphäre von Sekundärelektronen bilden zu können: Günstig ist es, wenn die
Hülsenlänge einige Elektronenweglängen beträgt, so daß die als langsame 'Kathodenstrahlen
eintretenden Primärelektronen ihre Energie zur Bildung einer der Anode vorgelagerten
Zone guter Leitfähigkeit ,abgeben können.
Für die Vermeidung einer
Zwischenkathode im Hülseninnern ist es ferner von Vorteil, den Lich tbogenquerschnitt
von der Hülseneintrittsöffnung bis zur aktiven Anodenoberfläche kontinuierlich (monoton)
zunehmen zu lassen. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Anode nahezu den ganzen
Hülsenquerschnitt ausfüllt, damit vom Hülsenquerschnitt bis zur aktiven. Anodenoberfläche
keine Abnahme des Lichtbogenqwerschnittes vorkommt. Eine besondere Ausführung besteht
darin, daß die Hülse konisch von der Eintrittsöffnung zum Anodenquerschnitt übergeht.
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Der geschilderte Erfindungsgedwlkie läßt sich auch dann verwirklichen,
wenn der Anode ein Gitter oder irgendwelche andere Ionen neutralisierende" Flächen
vorgesetzt sind. Es ist in diesem Falle nötig, die Leitfähigkeit in der Hülse durch
Verengen der Eintrittsöffnung derart zu steigern, daß trotz der Ionen und Elektronen
.absorbierenden Wirkung dies Gitters o. dgl. der Antode so viel Elektronen zugeführt
werden, d,aß sie in der Nähe des Anodenfalls Null betrieben werden kann.
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Statt einleer Anodenhülse kann auch eine Anodenhammker oder irgendeine
,andere Anordnung vorgesehen sein, welche die Anode in einen Raum einschließt, der
durch leine Eintrittsöffnung für die Elektronen mit der Kathode dies Apparates in
Verbindung steht.
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Statt keiner Eintrittsöffnung können auch deren mehrere vorgkesehen
sein, ohne daß der Gedanke vorliegender Erfindung dadurch modifiziert wird. Endlich
kann die Eintrittsöffnung ohne öffnen des Gefäßes oder selbst im Betrieb einstellbar
sein.
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*- Die Hauptanwendung vorliegender Erfin-°'eung bilden die Glühkathodemgleichrichber
mit verdünnter Gasfüllung und die Quecksilberd:ampfgleichrichter, beide von. beliebiger
Leistung -und Phasenzahl.