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Elektrisches Dampfentladungsgefäß Die Erfindung . betrifft ein elektrisches
Dampfentladungsgefäß mit für Vollast b:emessen:er fester. Glühkathode und zusätzlicher
Quecksilberkathode und besteht darin, daß die Glühkathode fremdbeheizt und während
ihrer Angehzeit durch :eine zur Inbetriebsetzung des Entladungsgefäßes an der Quecksilberkathode
gezündete parallele Entladung von unterhalb der kritischen Zerstörungsspannung der
Glühkathode liegender, d. h. höchstens 2z Volt betragender Betriebsbrennspannung
gegen Beschädigung durch zu hohe Brennspannung geschützt ist und die Anordnung so
;getroffen ist, daß die Glühkathode einerseits mit dem Entladungsbogen der Quecksilberkathode
zum mindesten ,auf :einem großen Teil ihrer Oberfläche nicht in direkte Berührung
kommt, andererseits aber die Entladung der Quecksilberkathode in der Umgebung der
Glühkathodenstreck eeine Dampfatmosphäre schafft, .durch deren Einfluß die Angehzeit
der Glühkathodenstrecke verkürzt wird, während die nach Belastungsübernahme die
Belastung unabhängig von Schwankungen der Entliadungsstromstärke.auf Betriebsdauerallein
führende fremdbeheizte Glühkathode sich in diesem endgültigen Betriebszustand die
erforderliche Quecksilberdampfatmosphäre durch ihre Wärmeausstrahlung selbst schafft.
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Es sind Entladungsgefäße mit fester und flüssiger Kathode bekannt,
bei welchen die feste Kathode durch die an der verdampfbaren Quecksilberkathode
gezündete Entladung erhitzt wird, bis sie eine genügende Emissionsfähigkeit erreicht
und infolge ihres ,geringeren Anodenabstandes und Kathoden-£alles die Belastung
übernimmt, während die von der flüssigen Quecksilberkathode ausgehende Entladung
erlischt. Sinkt die Belastung stark ab:, so wird die Stromführung wieder an die
flüssige Kathode abgegeben. Diese Betriebsweise setzt jedoch die Lebensdauer beträchtlich
herab, was durch die Erfindung vermieden werden soll.
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Bei dem bekannten Entladungsgefäß wird die feste Kathode dem Entladungsbogen
der verdampfbaren Kathode ausgesetzt, um die feste Kathode auf Emissionstemperatur
zu bringen, wobei aber die thermische und kinetische Energie :dieses Entladungsbogens
eine zerstörende Wirkung auf die Kathode ausübt. Nachteilig wirkt sich auf :die
Lebensdauer der festen Kathode insbesondere das Auftreten zu hoher Brennspannungen
aus. Beim Absinken der Belastung infolge geringerer Stromentnahme sinkt die durch
die Entladung der festen Kathode und dem Gefäß zugeführte Wärmeenergie, d. h. :die
Temperatur der festen Kathode und der Dampfdruck fallen. Infolgedessen steigt die
Brennspannung der Entladung nach der festen Kathode, und wenn diese Brennspannung
einen kritischen Wert
überschreitet, der für Quecksilberdampf etwa
22 Volt beträgt, so erreichen die durch dieses Feld beschleunigten gegen die Kathode
fliegenden positiven Ionen ,eine so hohe Ge-.-schwindigkeit, daß sie beim Auftreffen
auf. die Kathode deren emittierende Schicht zer< stören. Es ist ferner zu berücksichtigen,
däß die im Entladungsweg der verdampfbaren Kathode angeordnete feste Kathode gegenüber
dem sie umgebenden Entladungsraum negatives Potential besitzt und daß sie aus diesem
Grunde und infolge ihrer großen Oberfläche der Entladung Quecksilberkathode-Anode,
solange diese Entladung besteht, eine große Menge positiver Ionen entzieht, was
ein Ansteigen der Brennspannung der von der flüssigen Kathode ausgehenden Entladung
bedingt. Infolge der erforderlichen Rückzündungssicherheit muß die Entladungsstrecke
außerdem noch eine entsprechende Länge erhalten, so .daß bei der bekannten Ausbildung
des Gefäßes der Spannungsabfall an der Quecksilberkathodenentladungsstrecke kaum
gleich o&,kleiner als 22 Volt gehalten werden kanWInsbesondere liegt die Spannung,
bei welcher die Entladung nach der Quecksilberkathode einsetzt, weit üli,er diesem
Wert.
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Durch die bei der Erfindung angewandte, von der Entladung unabhängige
Fremdbeheizung der festen Kathode werden die Verhältnisse stabilisiert und ein einwandfreier,
dauernd wirtschaftlicher Betrieb mit geringsten Verlusten gewährleistet. Während
der Angehzeit der Glühkathodenstrecke wird diese durch den zu ihr parallelen Entladungsweg
geschützt, dessen Brennspannung unter 22 Volt gehalten ist, .was ohne Schwierigkeiten
zu erreichen ist. Um eine Beschädigung der Glühkathode durch den Entladungsbogen
nach der Quecksilberkathode zu vermeiden, ist die Glühkathode durch entsprechende
Anordnung vor einer direkten Berührung mit der Quecksilberka.thodenentladung bewahrt.
Die Angehzeit der Glühkathode ist gegenüber analogen einfachen Glühkathodengefäßen
durch die Dampfatmosphäre der Quecksilberkathodenentladung verkürzt. Eine Beschädigung
der Glühkathode, wie sie bei den normalen Glühkathodendampfentla.dungsg.efäßen durch
zu frühes Einschalten der Belastung möglich ist, kann bei dem Entladungsgefäß nach
der Erfindung nicht auftreten.
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Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sind in den Abb. i
und 2 schematisch dargestellt. Es zeigt die Abb. i eine ganz allgemeine Darstellung;
die Abb.2 eine für die praktische Ausführung sehr geeignete Ausführungsform.
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In der Abb. i ist im Innern eines z. B. aus Glas ve,i:fertigten Gefäßes
a eine unabhängig von der Entladung fremdbeheizte Glüh ' kathode b angebracht, welche
von einer zylindrischen Anode c umgeben wird. Im unteren Teil des Gefäßes a sind
noch eine Queck-;, silberkathoded und eine Zündanode e Die Hilfskathoded ist mit
der Glüh-;käthode b direkt, die Zündanode e mit der iÄTbeitsanode c über einen Widerstand/
verbunden.
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Nach Einschalten des Entladungsgefäßes, welches einen Gleichrichter
darstellt, erfolgt die Zündung einer Hilfsentladung zwischen der Quecksilberkathode
-d und der Hilfsanode e in an sich bekannter Weise z. B. durch Kippen. Durch den
entstehenden Bogen wird Quecksilberdampf entwickelt, der alsbald den ganzen Kolben
erfüllt, so -daß der im Anfängszustand nur sehr gering.. Dampfdruck rasch steigt
und binnen kurzer Zeit das Inbetri:ebsetzen der Hauptentladungsstreck:e b-c ermöglicht.
Gleichzeitig finit dem Zünden der Quecksilberkathode wird der Heizstrom der Glühkathode
eingeschaltet. Da die Glühkathode, welche zweckmäßig eine indirekt beheizte Glühkathode
ist, d. h. also eine Glühkathode, deren emittierender Teil durch Wärmeabgabe einer
besonderen Heizwicklung beheizt ist, eine'größere Wärmeträgheit besitzt, so zündet
vor der Entladung zwischen der Glühkathode und der Arbeitsanode infolge der durch
die. Entladung e -d hervorgerufenen Ionisierung zunächst eine Entladung zwischen
derArbeitsanode c und der Quecksilberkathode d, so daß also bereits mit dem vollen
Strom im Belastungsstromkreis gearbeitet -,werden kann. Die Hilfsstromkreised-e
bzw. d-c können gegebenenfalls durch geeignete Schaltvorrichtungen wieder
abgeschaltet werden. Dies ist aber .durchaus nicht notwendig, denn infolge der ;geringen
Brennspannung der mit Glühkathode arbeitenden Hauptentladungsstrecke (etwa i i bis
15 Volt) können, wenn diese in Aktion tritt, die parallelen selbständigen
Entladungen d-e bzw. d-c wegen der höheren Brennspannung nicht weiterbestehen
und verlüschen von selbst. Das Entladungsgefäß besitzt dann für die ganze Dauer
des Betriebes die vorteilhaften Eigenschaften der ausgefüllten Glühkathodenventile;
wie niedrigste Brennspannung und hohe Rückzündungssicherheit. Die Glühkathnde b
und die Anode c können zweckmäßig durch einen über ihnen angebrachten Schirm gegen
herabtropfendes kondensiertes Quecksilber ;geschützt werden. Die örtliche Trennung
der beiden Kathoden ist auch deshalb vorteilhaft, weil in der Nähe einer in Betrieb
befindlichen verdampfbaren Kathode der Dampfdruck starken Schwankungen unterworfen
ist. Die Zuleitungen zu den Elektroden können, wie die Abb. i erkennen läßt, durch
eingeschmolzene Rohre eingeführt werden, welche die Zuführungen auch vor der
elektrischen
Verbindung untereinander durch abrinnendeskondensiertes Quecksilberschützen. Eine
Kippbewegung des Entladungsgefäßes zur Zündung der Quecksilberkathode kann gegebenenfalls
auch durch einen zur Hilfsentladungsstrecke d-e parallel geschalteten Wechselstrommagneten
hervorgerufen werden., Durch .die angegebene Anordnung wird die Glühkathode vor
der Gefahr der Zerstörung durch zu frühes Fließen des Belastungsstromes über sie
bewahrt, da der kritische Spannungsabfall, oberhalb dessen. eine Beschädigung der
Glühkathode zu erwarten ist, bei Quecksilberdampf 22 Volt (nach Hull) beträgt und
die von Konstruktion und Kühlung des Gefäßesabhängende Brennspannung des parallelen
selbständigen Quecksilberdampfbogens diesen Wert nicht übersteigt. Erst wenn die
Temperatur der Glühkathode und der Dampfdruck so hoch sind, daß die Brennspannung
einer Entladung nach der Glühkathode unterhalb der Brennspannung der Quecksilberkathodenentladung
liegt, tritt die Glühkathode von selbst in Aktion und übernimmt automatisch die
Belastung. Gegebenenfalls kann, um die Glühkathode ganz besonders zu schonen, d.
h. vor einem gefährlichen Ionenbombardement zu bewahren, die Schaltung auch so gewählt
werden, daß der Anodenstromkreis der Glühkathode durch einen automatischen Schalter
erst einige Zeit, nachdem die selbständige Entladung d-e bzw. d-c gezündet hat,
geschlossen wird.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel zeigt die Abb. 2. Hier ist die Glühkathode
b im unteren Teil ,eines Entladungsgefäßes a angeordnet, die Anode c als Zylinderkolben
ausgebildet und getrennt von der Glühkathode im oberen Teil dieses Entladungsgefäßes
angebracht. Die Quecksilberkathoded befindet sich m einem zweiten Gefäß g, welches
auch eine Hilfsanode e enthält und mit dem Hauptentladungsraum durch ein Rohr h'
verbunden ist, welches mit Vorteil, wie dargestellt, geknickt ausgeführt sein kann.
Ferner sind auch die unteren Teile dieser beiden Gefäße durch ein Rohr k verbunden,
so daß sie kommunizierende Gefäße bilden, in denen der Quecksilberspiegel in der
gleichen Höhe liegt. Soll die Zündung durch Kippen o. dgl. erfolgen, so kann es
zweckmäßig sein, der Quecksilberkathode zwei Anoden zuzuordnen, von denen eine über
Beinen Zündstrombegrenzungswiderstand betrieben wird, während die andere mit der
Anode der Glühkathodenstrecke (Hauptanode c) zweckmäßig direkt verbunden ist und
nach dem Einschalten so lange die Funktion der Arbeitsanode übexnimmt, bis die Entladung
an der Glühkathode gezündet hat. Die Zündung der Entladung nach der Quecksilberkathode
kann auch auf jede beliebige andere Weise, beispielsweise mittels einer Kontraktionszündung
o. dgl., erfolgen.
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Die Verbindung- lt dient zur Zuführung des Dampfes zum Hauptentladungsraum
a. Erfolgt die Einleitung der Entladung durch Kippen (in. diesem Fall erhält die
Zuleitung zur Anode e einen Sicherheitswiderstand), so zündet kurze Zeit darauf
die Entladung von der Quecksilberkathode nach der Anode c. Das ;geknickte Verbindungsrohr
wirkt dann ähnlich wie ein ebenso geformter Anodenarm eines normalen Quecksilherdampfgleichricht;ers.
Infolge geeigneter Anordnung der Rohrmündung werden die Hauptelektroden nicht direkt
von dem von der Kathode d ausgehenden Dampfstrahl getroffen. An Stelle einer Röhrenknickung
könnte auch eine andere Umlenkung verwendet werden. Zur Ablenkung des Dampfstrahls
kann z. B. vor die Mündung des Rohres lt oder die Hauptelektroden ein Schirm gesetzt
werden. Die Wärmestrahlung der Glühkathode b - ,auf die innerhalb des Raumes a befindliche
Quecksilbermenge bewirkt im Dauerbetrieb die Aufrechterhaltung der erforderlichen
Queckeb:erdampfatmosphäre und Nachlieferung der durch Kondensation verlorengeh:enden
(rückgebildeten) Dampfmen,g.e. Der Entladungsraum g kann z. B. auch im Innern des
Entladungsgefäßes a angeordnet bzw. durch Unterteilung desselben gebildet werden.
Die Bemessung der Entladungsräume a und g und deren gegenseitiges Verhältnis richtet
sich nach den von Fall zu Fall gegebenen Betriebsbedingungen. Es können ferner auch
mehrere Anoden vorgesehen werden, welche gegebenenfalls in seitlichen, auch geknickten
Armen angebracht und :auch mit Steuergittern versehen werden können.
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Das erfindungsgemäße Dampfentladungsgefäß kann gegebenenfalls auch
für Beleuchtungszwecke o. dgl. gebaut werden.