DE692704C - Verfahren zum Betrieb von Gas- oder Dampfentladungsgefaessen mit durch die Entladung selbst aufgeheizten Kathoden bei wechselnden Belastungen - Google Patents

Verfahren zum Betrieb von Gas- oder Dampfentladungsgefaessen mit durch die Entladung selbst aufgeheizten Kathoden bei wechselnden Belastungen

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DE692704C
DE692704C DE1933K0129956 DEK0129956D DE692704C DE 692704 C DE692704 C DE 692704C DE 1933K0129956 DE1933K0129956 DE 1933K0129956 DE K0129956 D DEK0129956 D DE K0129956D DE 692704 C DE692704 C DE 692704C
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J17/00Gas-filled discharge tubes with solid cathode
    • H01J17/50Thermionic-cathode tubes
    • H01J17/58Thermionic-cathode tubes with more than one cathode or anode

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  • Discharge Lamp (AREA)

Description

  • Verfahren zum Betrieb von Gas- oder Dampfentladungsgefäßen mit durch die Entladung selbst aufgeheizten Kathoden bei wechselnden Belastungen Die vorliegendeErfindungbetrifft eineAusgestaltung von Entladungsgefäßen mit Glühkathoden, welche nicht durch Fremdheizung erhitzt werden, sondern sich unter dem Einfluß der im Entladungsgefäß frei werdenden Wärme selbst auf ausreichender Temperatur erhalten. Es hat- sich herausgestellt, daß zum ökonomischen Betrieb eines Gleichrichters ein bestimmtes Verhältnis ' zwischen Kathodengröße und der vorn-Gleichrichter gelieferten Stromstärke bzw..Leistung besteht.
  • Will man daher einen Gleichrichter bauen, der in hohem-Maße universell ist, also günstig sowohl bei sehr kleinen wie bei sehr großen Leistungen arbeitet, so wird es gemäß der Erfindung notwendig; die Kathode zu unterteilen. ' Es ist zwar an sich schon bekannt, Kathoden zu teilen, doch handelt es sich bei diesen bekannten Anordnungen nicht um Gasentladungsröhren, sondern um Hochvakuumröhren, und zwar entweder um Röntgenröhren oder um Hochväkuumventile, bei denen dieAufteilung in mehrere Kathoden zu dem Zwecke erfolgt, die Ergiebigkeit der zur Verfügung stehenden Emission den Betriebsbedingungen anpassen zu können.
  • Bei Glühkathoden in Gas- oder Dampfentladungsröhren besteht aber die Schwierigkeit einer für manche Betriebsbedingungen zu geringen Emission kaum, da in solchen Röhren im allgemeinen stets genug Ladungsträger vorhanden sind. Es ist jedoch bekannt, daß die Kathoden in solchen Entladungsröhren aus anderen Gründen in ihrer Dimensionierang sehr kritisch sind. So ist es beispielsweise bekannt, daß bei bestimmten Glühkathodenröhren bei niedrigerem Druck mehr Elektronen erforderlich sind, unf eine Schädigung der Kathode zu vermeiden, als bei höherem Druck,' und daß die Kathoden nicht nur vor zu hoher Emission bewahrt werden müssen, sondern daß auch eine zu geringe Emission gewisse Kathodenformen schädigen kann.
  • Solche Schädigungen sindbesonders bei Glühkathodengleichrichtern mit Gas- oder Dampffüllang mit durch die Entladung selbst aufgeheizten Kathoden zu befürchten, bei denen die Emission vom Entladungsstrom abhängt und bei denen es nicht wie bei Röhren mit fremdgeheizten Kathoden möglich ist, die Emission durch. Änderung der Heizung zu regeln. - Um ,hier diese Schädigungen zu vermeiden, sollen nach vorliegender Erfindung wenigstens zwei oder mehr einzelne Kathoden vorgesehen werden, welche entweder gleich groß sind, und von denenzunächst nur eine eingeschaltet ist und bei Leistungssteigerung die anderen nacheinander zugeschaltet werden, oderweiche, was noch zweckmäßiger ist, verschiedene Größen haben; so daß z. B. eine Käthode für kleine Leistungen bis etwa 1/4 oder 1/2 A vorhanden ist, eine größere Kathode, welche die Leistung zwischen 1/2 A und i bis 2 A übernimmt, eine weitere Kathode, welche etwa 2 bis io A liefert usw., und nacheinander eingeschaltet werden.
  • Diese Schaltung erfolgt erfindungsgemäß in der Weise, daß die jeweils eingeschalteten Kathoden so hoch erhitzt sind, daß sich noch keine ausgesprocheneBrennfleckbildung zeigt, während sie andrerseits unterhalb der Temperatur bleiben, bei denen eine starke Verdampfung des Aktivierungsmateriäls auftritt. Durch diese Schaltungsart ist es möglich, in Stufen einen großen Bereich zu überdecken und evtl. durch Kombination der einzelnen Kathoden noch feinere Abstufungen zu erzielen. Bei Entladungsgefäßen, bei denen infolge besonderer Wirkungen die Größe oder sonstige Bestimmungsstücke anderer Elektroden ebenfalls eine Rolle spielen, kann man analog auch diese anderen Elektroden aufteilen und umschaltbar machen. Es ist besonders zweckmäßig, dafür zu sorgen, daß diese Umschaltung automatisch'vor sich geht. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß durch ein vom Hauptstrom oder von einem bestimmten Teil des Hauptstromes durchflossenes Relais bei steigendem Strom nacheinander die verschiedenen Kathoden angeschaltet werden: Fig. i zeigt ein Ausführungsbeispiel. i ist eine Anode, 2; 3, q. und 5 sind verschieden große Kathoden, 6 ist das Entladungsgefäß, ein Quecksilbertröpfchen und 8 ein Widerstand. Die Anordnung ist so gebaut, daß sich die kleinste Kathode am nächsten der Anode oder einer etwa vorgesehenen besonderen Zündelektrode befindet, so daß =hier zunächst eine Zündung einsetzt. Diese Kathode arbeitet zunächst bei kleinen Stromstärken, wie wenn die anderen Kathoden nicht vorhanden wären. Steigt die Stromstärke erheblich, so- nimmt auch der im ersten Teil des Widerstandes 8 auftretende Spannungsabfall zu. Es wird daher zwischen derKathöde2 und derKathode3 ein erhöhter Spannungsabfall auftreten, der schließlich so groß wird, daß er zur Zündung der Kathode 3 führt, die durch die erhöhte Erwärmung der Kathode 2; die sich in .der-Nähe von -Kathode 3 befinden kann, noch unterstützt wird. Tritt eine weitere Steigerung der Stromzunahme auf, so wird dasselbe Spiel, das -zwischen Kathode 2 und 3 stattgefunden hat, sich zwischen 3 und 4 wiederholen, bis schließlich bei weiterer Steigerung sich die Kathode 5 eingeschaltet hat. Fällt die Stromstärke, so wird die Kathode 5, deren große Oberfläche auch eine große Energieabstrahlung bewirkt, zunächst sich unter die Emissionstemperatur abkühlen und infolgedessen die Entladung auf Kathode 4. überspringen und bei weiterem Sinken sich die Entladung nach und nach wieder auf die Kathode 2. zurückziehen.
  • Die Kathoden können dabei, wie in Fig. 2 veranschaulicht, als konzentrische Ringe oder sonstige konzentrische Gestrüppkonstrukturgebilde ausgebildet sein. Eine solche Ausbildung begünstigt erstens die Wärmeabgabe von einer Kathode zur anderen, da sie annähernd konzentrisch angeordnet sind, außerdem können die äußeren Kathoden als wärmezurückstrahlende Schirme um die inneren Kathoden konzentrisch angeordnet sein, so daß auch dadurch noch das Temperaturgefälle bei sinkendem Strom zuerst an den äußeren größeren Kathoden auftritt: Eine solche konzentrische Anordnung hat den weiteren Vorteil; daß bei der Herstellung der Kathoden die äußeren Kathoden, welche die inneren konzentrisch umgeben, durch Hochfrequenzströrne o. dgl: leicht aufgeheizt werden und dann zum Zwecke der Aktivierung ihre Wärme durch Strahlung auch auf die inneren Kathoden abgeben.
  • Die Röhren können lieispiels\@eise mit einem Zündgas gefüllt sein, z. B. Argon von etwa '/, bis io mm Druck, und es kann weiter ein Quecksilbertröpfchen oder ein anderes Metalltröpfchen 7 vorgesehen sein, welche einen günstigen Dampfdruck herstellt.
  • Da insbesondere bei gesteuerten Gleichrichtern die richtige Wahl derKathodengröße kritisch ist, da sowohl Unterdimensionierung wie Überdimensionierung der Kathode entweder Verdampfen oder Zerstäuben von aktiviertem Kathodenmaterial zur Folge haben, das dann 'auf die Steuerelektrode gelangt und dabei leicht den Steuervorgang störende Finissinn oder sekundäre Emission von den Steuerelektroden bewirken kann, so besitzen die hier angegebenen Maßnahmen ganz besondere Bedeutung bei gesteuerten Stromrichtern.
  • Das, was hier für gleichrichterartige Entladungsgefäße beschrieben ist, ist natürlich ohne weiteres auch auf solche Entladungsgefäße übertragbar, welche keinen Gleichrichtercharakter haben; bei denen also ein Stromdurchgang in beiden Richtungen stattfindet, wobei dann die hier gegebenen Lehren sinngemäß zu übertragen sind: Die durch die hier geoffenbarte Lehre ermöglichte universelle Verwendbarkeit derartiger Entladungsgefäße ermöglicht es auch in erhöhtem Maße, erfindungsgemäß ausgeführteEntladungsröhren alseinphasigeGleicbrichter o. dgl. in Mehrphasenstromkreisen dadurch zu benutzen, daß mehrere solcherAppar ate in die einzelnen Phasen eines Dreiphasensystems o. dgl. eingeschaltet werden.
  • Der in Fig. i mit 8 bezeichnete Widerstand kann gleichzeitig zu irgendeiner Nacherwärmung im Gefäß herangezogen werden. Er könnte - also beispielsweise bei ganz schwachen geringenLeistungen, bei denen eineAufheizung an der Kathode von selbst nicht mehr eintritt, dazu dienen, als Beheizung für eine direkt oder indirekt geheizte Kathode zu -wirken. In solchen Fällen muß man die Entladung mit zuerst etwas höheren Strömen oder höheren Spannungen zünden, damit zunächst einmal eine Anfangsleistung zur Aufheizung gegeben ist, oder aber man kann einen kurzen Stromstoß, der über einen Widerstand aus einer Starkstromleitung oder aus einem besonderen Transformator oder von einer Drosselspule in Sparschaltung als Autotransformator abgenommen wird,-zur Beheizung der genannten Kathode übergehen lassen, die dann ihrerseits durch die Heizwirkung des Widerstandes 8 geheizt wird; wenn sie beispielsweise als indirekt geheizte Kathode ausgeführt wird, wobei der Kathodenzylinder mit einem Ende des Widerstandes verbunden ist, während das andere Ende nach außen geführt ist.
  • An sich ist es zwar-schon bekannt, durch einen vom Entladungsstrom durchflossenen Widerstand eine Kathode aufzuheizen; dieses bekannte Mittel läßt sich im vorliegenden Fall nun, wie oben beschrieben, sehr günstig benutzen.
  • Ferner kann die Heizenergie des Widerstandes 8 dazu benutzt werden, verdampfbares Material zu verdampfen, beispielsweise den Quecksilbertropfen 7. Ist die abgegebene Leistung gering, so daß die Eigenerwärmung des Entladungsgefäßes zur Verdampfung der Ouecksilbermenge nicht ausreichen würde, so tritt der Widerstand B. in Wirkung. Durchfließt eine großeStromstärke das Entladungsgefäß, so ist die Eigenerwärmung durch die Entladung bereits so hoch, daß das Quecksilber ganz verdampft ist.
  • In dem Fall geht dann aber auch .die Entladung über die Kathode 5, so daß im Widerstand 8 kein nennenswerter Strom fließt.
  • Man sieht also, daß die Anordnung auch in dieser Beziehung als selbstregulierend angesproehen werden kann, obwohl es natürlich für manche Fälle auch vorzuziehen sein kann, an Stelle der Selbstregulierung ein Regulieren von Hand, durch Schalter ö. dgl. vorzunehmen. Der Widerstand 8 kann, insbesondere bei größeren Röhren, innerhalb des Röhrenfußes untergebracht sein.
  • Er kann dabei direkt, also ohne besondere Zuführungen, mit den verschiedenen Kathodenverbunden sein, und es kann endlich der Widerstand selbst aktiviert werden und gleichzeitig mit als Kathode wirken. Im letztgenannten Fall ist aber dafür zu sorgen, daß der Widerstand ungleichen Querschnitt hat, so daß also die dicksten Teile des Widerstandes die Rolle der Kathode 5 übernehmen, während die dünnsten Teile des Widerstandes dieRolle der Kathoden in Fig. i übernehmen.
  • Um dies zu erreichen, kann man beispielsweise einen gestreckten als Widerstand wirkenden Draht auf seiner Länge mit anderen Drähten umwickeln oder umspinnen, wobei die Umspinnung an einem Ende sehr stark ist, während sie am anderen Ende sehr dünn wird oder überhaupt aufhört. Auch eine Umwicklung mit Einzeldraht oder Einzeldrähten in einer Schraubenlinie mit verschiedener Ganghöhe kann diese verschiedene Stärke und Dimension eines einfachen langgestreckten Leiters erreichen. Ein solcher Leiter ließe sich dann zu einer flachen Spirale aufwickeln, siehe Fig, 3, wobei das dünnste Ende den Scheitel des Kathodenkegels der Fig. 3 bildet, so' daß die Zündung darauf ansetzt.
  • Sind, wie eingangs erwähnt, besondere Zündelektroden vorgesehen,, so ist es zweckmäßig, die kleinsten Kathoden bzw. die Kathodenspitze einer Kathode nach Fig. 3 der Zündelektrode zuzuwenden.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren gum Betrieb von Gas- oder Dampfentladungsgefäßen mit durch die Entladung selbst aufgeheizten Kathoden bei wechselnden Belastungen, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung von Kathoden, die in eine Mehrzahl von Einzelkathoden aufgeteilt sind, die Einzelkathoden bei wechselnden Belastungen derart eingeschaltet. werden, daß die je- weils eingeschalteten Kathoden so hoch erhitzt sind, daß sich noch keine ausgesprochene Brennfleckbildung zeigt, während sie andererseits unterhalb der Temperaturen bleiben, bei denen eine starke Verdampfung des Aktivierungsmaterials auftritt. z. Entladungsgefäß zur Ausü ,bung des Verfahrens nach Anspruch i mit Strukturkathoden, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten Strukturkathoden, welche durch die Entladung selbst aufgeheizt sind, eine solche Form haben, daß _ der Flächeninhalt der die Kathode umhüllenden Fläche klein gegenüber dem Rauminhalt des von dieser Fläche eingeschlossenen Raumes ist, so daß die Kathoden eine für Strukturkathoden hohe thermische Trägheit besitzen. 3. Entladungsgefäß nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in einem Widerstand auftretende Spannungsabfall zum automatischen Zu- oder Abschalten von Elektrodenteilen benutzt wird. q.. Entladungsgefäß nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet; daß die in dem genannten Widerstand auftretende Erwärmung als Hilfsheizung zum Verdampfen einer dampfbildenden Substanz, .z. B. Quecksilber o. dgl., oder zur Hilfsheizung von Elektroden, insbesondere Kathoden, mit herangezogen wird.
DE1933K0129956 1933-04-28 1933-04-28 Verfahren zum Betrieb von Gas- oder Dampfentladungsgefaessen mit durch die Entladung selbst aufgeheizten Kathoden bei wechselnden Belastungen Expired DE692704C (de)

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