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Gas- oder dampfgefülltes Entladungsgefäß Eines der wichtigsten Probleme
beim Bau von Entladungsröhren mit Gas- oder Dampffüllung für Betriebsspannungen
von mehreren tausend Volt, die mit einer Elektronenquelle ausgerüstet sind, welche
die den Betriebsstrom tragenden Elektronen liefert, ist die Verhinderung der Rückzündung,
d. h. des Einsatzes einer Entladung in der Sperrphase. Man hat versucht, die vorhandenen
Schwierigkeiten durch leitende oder nichtleitende Schirme oder Gitter, die zwischen
den Elektroden angeordnet sind, zu vermeiden. Es sind auch gas- oder dampfgefüllte
Entladungsgefäße bekannt, bei welchen eine von der Gefäßwandung verhältnismäßig
dicht umschlossene Anode einem mit der Kathode leitend verbundenen topfförmigen
Gebilde gagenübersteht, in dem die eigentliche Kathode angeordnet ist. Diese Konstruktion
löst aber die bei hohen - Spannungen 'auftretenden Schwierigkeiten nicht; denn bei
dieser Einrichtiulg sind in der Nähe der Anodenzuleitung Räume vorhanden, welche
die Ausbildung einer Entladung und insbesondere das Einsetzen der Entladung an der
Anodenzuleitung gestatten. Im übrigen würden bei hohen Betriebsspannungen zwischen
der Anode und dem ihr benachbarten Boden der topfförmigen Elektrode so hohe Feldstärken
auftreten, daß eine autoelektronische Entladung einsetzt.
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Man kann die Rückzündungsgefahr auch bei hohen Betriebsspannungen
in der GröBenordmung von 15 bis 2o KV beseitigen, wenn man gemäß der Erfindung
das gas- oder dampfgefüllte, für Betriebsspannungen von mehreren tausend Volt bestimmte,
mit einer Elektronenquelle, welche die den Betriebsstrom tragenden Elektronen liefert,
und Abschirmmitteln für die Elektroden ausgestattete Entladungsgefäß derart aufbaut,
daß alle Teile der Anode und ihrer Zuleitungen, mit Ausnahme der Anodenvorderfläche;
gegen das Ansetzen einer Entladung durch eine diese Teile eng umschließende Abschirmung
geschützt sind und die Ausbildung einer Entladung in der Sperrphase an der Anodenfläche
dadurch verhindert ist, daß der Anode ein mit der Kathode leitend verbundener oder
selbst die Kathode darstellender Teil gegenübersteht und die der Anodenvorderfläche
zugewandte und ihr dicht benachbarte,- keine Unterbrechungen aufweisende Fläche
dieses Teiles in ihrer Ausdehnung größer ist als die Anodenvorderfläche. Dabei sind
die Abstände zwischen den Spannung führenden Teilen so groß zu wählen, daß die auftretenden
elektrischen Feldstärken nicht zur Herbeiführung einer den Durchschlag einleitenden
autoelektronischen Entladung ausreichen.
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Die Abstände werden im übrigen aber so gewählt, daß die möglichen
Entladungsbahnen so kurz sind, daß die Zündspannung einer Gasentladung in der Sperrphase
oberhalb des im Betrieb maximal auftretenden Spannungswertes liegt. Das bedeutet,
daß das Produkt von Gasdruck und Abstand für denjenigen
Raum des
Entladungsgefäßes, in dem eine Rückzündung einsetzen kann, nicht zu groß gewählt
werden darf. Es empfiehlt sich, den'" der Anode gegenüberstehenden Teil so anzu=,
ordnen und zu bemessen, daß die kleinste und` die größte der möglichen Entladungsbahnen
der an der Anode ausgelösten Elektronen sich um nicht mehr als den Faktor 3 voneinander
unterscheiden.
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Man kann den Aufbau des Entladungsgefäßes gemäß der Erfindung auch
so wählen, daß die Elektronenquelle, welche die den Betriebsstrom tragenden Elektronen
liefert, derart durch den mit ihr leitend verbundenen, der Anöde gegenüberstehenden
'feil gegen die Anode elektrostatisch abgeschirmt ist, daß sich für die von der
Elektronenquelle gelieferten Elektronen in der Durchlaßphase ein vielfach längerer
Weg ergibt als für die in der Sperrphase an der Anode ausgelösten Elektronen. Bei
einer derartigen Anordnung ist wesentlich, daß die Kraftlinienverteilung in einem
solchen Entladungsgefäß während der Durchlaßphase, d. h. wenn einmal die Ionisation
des Gases eingeleitet ist, eine gänzlich andere ist als in der Sperrphase, da nunmehr
durch positive Ionen die Feldverteilung wesentlich verändert ist. Das hat zur Folge,
daß die für die Sperrphase wirksame Behinderung der Entladung nicht auch in der
Durchlaßphase auftritt und zu einer unerwünschten Erhöhung der Zünd- und Bogenspannung
in der Durchlaßphase führt.
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Das Wesen der Erfindung wird veranschaulicht durch die schematische
Fig. i. Die Glühkathode i trägt einen beispielsweise tellerförmigen, keine Unterbrechungen
aufweisenden Teil a, der in geringem Abstand gegenüber der Stirnfläche 3 der Anode
q, angeordnet ist. Die Anode q. sowie ihre Zuleitung 5 sind durch eine Abschirmung
6 umgeben. Diese Abschirmung 6 kann metallisch sein, wobei sie dann. entweder isoliert
oder z. B. auf Kathodenpotential oder nahezu Kathodenpotential gebracht wird. In
jedem Falle ist es notwendig, daß der Abstand zwischen der Anode q. und ihrer Zuleitung
5 einerseits und der Abschirinung 6 andererseits so bemessen ist, daß sich in den
Zwischenräumen keine selbständige Entladung ausbilden kann, gleichgültig, ob diese
Entladung dadurch bedingt würde, daß eine Potentialdifferenz zwischen der Anode
und der Abschirmung entsteht oder aber dadurch, daß die Entladung zwischen Anode
und Kathode in die Zwischenräume eindringen würde.
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Betrachtet man bei dem Schema der Fig. i zunächst die Durchlaßphase,
so werden elektrische Felder merklich nur in einer positiven Raumladungsschicht
auftreten, die alle auf der Spannung der Kathode befindlichen Teile eng umgibt,
während außerhalb dieser verhältnismäßig dünnen Schicht näherungsweise gleich starke
Raumladungen beiderlei Vorzeichens für das Verschwinden elektrischer Feelder sorgen.
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-In der Sperrphase dagegen werden Kraftlinien, längs deren eine Entladung
möglich wäre, nur wie in der Figur punktiert angedeutet, den Raum zwischen der Stirnfläche
der Anode und dem Teller der Kathode einnehmen. Auf den Kraftlinien, die von den
Seitenflächen der Anode oder vön ihrer Halterung ausgehen und die in der Figur nicht
angedeutet sind, sind Entladungen wegen des eng umgebenden Schirmes nicht möglich,
und an dem der Anode abgekehrten Teil der Kathode und ihrer Halterung endigen keine
von der Stirnfläche der Anode ausgehenden Kraftlinien, so daß tatsächlich in das
für die#Zündung einer selbständigen Gasentladung in der Sperrphase maßgebende Produkt
von Druck und Abstand nur der verhältnismäßig kleine, längs der Stirnfläche der
Anode nlir wenig veränderliche Abstand von der Stirnfläche der Anode zu der Stirnfläche
des kathodischen Aufbaues eingeht. Es ist also nicht nur die Kombination eines entsprechenden
Anodenabstandes mit einem entsprechend dimensionierten Anodenschirm nötig, sondern
es muß durch Bemessung des Durchmessers des der Anode zugekehrten ebenen Teiles
der Kathode im Verhältnis zu der Länge der sonstigen Aufbauteile der Kathode und
deren Querdurchmesser dafür gesorgt werden, daß nicht etwa streuende Kraftlinien,
die von der Anodenstirnfläche ausgehen, auf entfernteren Teilen des kathodischen
Aufbaues endigen können. Die Fläche :2 ist daher bei der Erfindung in ihrer Ausdehnung
größer als die Anodenvorderfläche.
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Ein praktisches Ausführungsbeispiel< einer Gleichrichterröhre nach
der Erfindung zeigt die Fig. a. In dem Glasgefäß 7 befinden sich zwei Ouetschfüße
8 und 9, von denen der Quetschfuß 8 die Anode mit ihrer Abschirmung und der Quetschfuß
9 den Kathodenaufbau trägt. Die Anode besteht aus einer Halterung und Stromzuführung
io, dem eigentlichen Anodenkörper mit der Stirnfläche i i und einem Schirm 12. Die
genau,- Konstruktion des Anodenteiles ist aus der weiter unten beschriebenen Fig.
3 ersichtlich. Der Quetschfuß 9 trägt zwei Halterungsdrähte 13 und i4., welche die
wendelförmige Glühkathode 15 sowie den Kathodenteller 1ö tragen. Die thermische
Elektronenemission geht von der Kathode i 5 aus; in der Dur chlaßphase laufen also
die Elektronen von der Kathode 15 zur Anodenstirnfläche i1, während in der Sperrphase
die gegebenenfalls bei i i frei werdenden Elektronen nur den kuren
Weg
zwischen i i und 16 zur Ionisierung zur Verfügung haben. .
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In der Fig. 3 ist der Aufbau der Anode nebst des Schirmes dargestellt.
An dem Haltedraht 17 ist der eigentliche Anodenkörper 18 mit der Stirnfläche i1
befestigt. Ein beispielsweise metallischer Schirm wird von dem Isolierrohr 2o gehalten.
Der Abstand dieses Schirmes 1g von dem Anodenkörper i8 ist an den Stellen a sowie
den Stellen b so eng, daß keine selbständige Entladung einsetzen kann. Man kann
. den mantelförmigen Teil c des Schirmes entweder so nahe an die Zuführung 17 heranbringen,
daß auch da keine Entladung stattfinden kann. Es ist aber auch möglich, so wie es
in der Figur geschehen. ist, Blenden 21, 22, 23 vorzusehen, durch welche der zwischen
der Anodenzuführung und dem Inneren des Schirmes gebildete Raum in eine Anzahl Unterabteilungen
unterteilt wird, so daß in diesen Unterabteilungen keine Entladungen, auch längs
der Anodenstromzuführung nicht, einsetzen können. Der Schirm 1g sowie die Blenden
21, 22 und 23 können entweder aus Isolierstoff oder aber aus einem leitenden Material
hergestellt sein. Falls dieser Schirmmetallisch ist, so kann es zweckmäßig sein,
den Schirm auf ein gewünschtes Potential zu bringen, etwa ein Potential, welches
in Kathodennähe liegt. Gerade dann, wenn dieser Schirm ein Potential hat, wel= ches
gleich dem der Kathode oder ähnlich ist, ist es von großer Wichtigkeit, durch Abstandsbemtssung
zwischen Anode bzw. Anodenzuführung einerseits und Schirm andererseits dafür zu
sorgen, daß keine selbständige Entladung einsetzen kann, in derselben Weise wie
bei Bemessung des Abstands. der Anodenstirnfläche zur Kathodenfläche. Es ist selbstverständlich
auch möglich, den Anodenschirm zu Steuerzwecken heranzuziehen. Hierbei kann es vorteilhaft
sein, wenn die untere offene Stirnfläche des Anodenschirms mit einem gitterartigen
Gebilde, welches sich also vor der Anodenstirnfläche befindet, abgedeckt wird. Selbstverständlich
kann man die Steuerwirkung des Anodenschirmes mit der Steuerwirkung irgendeines
anderen Teiles der Röhre kombinieren.
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Über die Bemessung des Abstandes Stirnfläche der Anode - zugekehrte
Fläche der Kathode ist noch zu bemerken, daß dieser Abstand eine untere Grenze dadurch
findet, daß bei zu starker Annäherung gegeneinander die Feldstärke an der Anodenoberfläche
so groß werden kann, daß eine so starke autoelektronische Entladung einsetzt, daß
schon diese einen unerwünschten Durchbruch zur Folge hat.
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Es ist nicht unbedingt notwendig, die Kathode so auszubilden, wie
es beispielsweise in der Fig.. 2 dargestellt ist. Es- genügt vielmehr, den gesamten
Teller 16 der Fig. 2 als Glühkathode auszubilden. Es kann hierbei zweckmäßig sein,,
dafür Sorge zu tragen, daß die Elektronenemission bei diesem Teller dann nur an
der von dar Anodenstirnfläche abgekehrten Seite stattfindet. Doch ist es für das
Funktionieren der Röhre nicht unbedingt wesentlich, ob die der Anode zugekehrte
Seite der Anode mit elektronenemittierender Masse bedeckt ist oder nicht.
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Auch können als Elektronenquelle andere Bauarten von Glühkathoden
benutzt werden, z. B. eine direkt oder indirekt geheizte Hohlkathode, wobei es aus
Gründen der Wärmeökonomie vorteilhaft sein kann, in an sich bekannter Weise Wärmeisolierungen
vorzunehmen.
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Röhren, wie sie bisher beschrieben sind, können nicht nur als einfache,
angesteuerte Entladungsgefäße Verwendung finden, es können vielmehr außer der oben
bereits beschriebenen Steuerung durch den die Äno.de umgebenden Schutzzylinder weitere
Elektroden in an sich bekannter Weise benutzt werden, um Steuerwirkungen hervorzurufen.
So ist es beispielsweise möglich, an dem der Stirnfläche der Anode abgewendeten
Teil des Tellers 16 der Fig. 2 ein Steuerorgan anzubringen, welches den Einsatz
des Entladüngsstronmes in der Durchlaßphase regelt, gegebenenfalls durch Initialzündung.
Wesentlich für die Durchführung des Erfindungsgedankens ist hierbei lediglich, daß
auch diese Steuerorgane und -ihre Zuführung so angeordnet sind, daß nicht etwa streuende
Kraftlinien, die in der Sperrphase von der Anodenstirnfläche ausgehen, mit größerer
Kraftlinienlänge auf ihnen endigen können.
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Die Füllung des Entladungsgefäßes nach der vorliegenden Erfindung
kann aus gesättigtem oder ungesättigtem Metalldampf, z. B. Quecksilber, oder aber
in-erben Gasen, wie z. B. Stickstoff, Wasserstoff, Jod, oder ab°r auch Edelgasen
oder Gemischen von Dämpfen ,und Gasen bestehen.